Biología Celular: Estructura y Funciones

Los bioelementos primarios son los elementos químicos que más abundan en la materia viva, constituyen más del 96% del peso del protoplasma. Entre ellos se encuentran el carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno (O) y nitrógeno (N). Estos elementos se caracterizan por su capacidad de formar enlaces covalentes estables, compartiendo electrones.

Los bioelementos secundarios son elementos químicos que se encuentran en menor proporción en la materia viva. Estos incluyen el azufre (S), fósforo (P) y cloro (Cl), y representan aproximadamente el 3% del peso del protoplasma. Estos elementos juegan roles cruciales en la estructura y función de las moléculas biológicas.

Los elementos traza o oligoelementos son elementos químicos que se encuentran en cantidades muy pequeñas en la materia viva, pero que son absolutamente necesarios para el desarrollo de la vida. Algunos ejemplos son hierro (Fe), manganeso (Mn), yodo (I), flúor (F), cobalto (Co), cobre (Cu), silicio (Si), cromo (Cr), zinc (Zn), litio (Li), selenio (Se), aluminio (Al), molibdeno (Mo). Estos elementos juegan roles específicos en el funcionamiento de las enzimas y otras moléculas biológicas.

El carbono es un elemento químico que ocupa un lugar central en la química de la vida. Debido a su posición en la tabla periódica, el carbono puede formar enlaces covalentes fuertes con otros átomos, incluidos otros átomos de carbono. Esto permite la formación de una amplia variedad de moléculas orgánicas con complejas estructuras tridimensionales, responsables de la diversidad de la vida.

Los enlaces covalentes son enlaces químicos que se forman entre los bioelementos primarios (C, H, O, N) mediante el compartimento de electrones. La versatilidad del carbono le permite formar enlaces covalentes simples, dobles y triples, lo que le da una gran capacidad para formar moléculas con una amplia gama de estructuras, desde cadenas lineales hasta anillos complejos.

La conformación espacial de las moléculas orgánicas es fundamental para su actividad biológica. Las diferentes combinaciones de enlaces simples, dobles y triples entre los átomos de carbono dan lugar a una amplia variedad de formas tridimensionales que son responsables de la función de las moléculas.

Las moléculas orgánicas pueden formar estructuras tridimensionales: cadenas en zig-zag y anillos. Estas estructuras, determinadas por la configuración tetraédrica de los enlaces de carbono, proporcionan una gran variabilidad en la química de la vida.

El hidrógeno (H) tiene 1 electrón de valencia, el oxígeno (O) tiene 2, el azufre (S) tiene 2 y el nitrógeno (N) tiene 3. Estos electrones de valencia participan en la formación de enlaces covalentes con el carbono y entre sí.

Los aminoácidos son las unidades básicas que forman las proteínas. Son moléculas orgánicas que contienen un grupo amino (-NH2) y un grupo carboxilo (-COOH) unidos a un carbono central.

La isomería en los aminoácidos se refiere a la existencia de dos formas diferentes de un mismo aminoácido, llamadas enantiómeros. Esto se debe a la presencia de un carbono asimétrico, unido a cuatro grupos diferentes.

Aminoácidos esenciales son aquellos que el cuerpo no puede sintetizar y deben ser obtenidos a través de la dieta. Los aminoácidos no esenciales pueden ser sintetizados por el cuerpo.

El punto isoeléctrico (pI) es el pH en el que un aminoácido tiene una carga neta cero. En pH ácido, el aminoácido tiene carga positiva; en pH básico, tiene carga negativa.

Los aminoácidos son anfóteros, lo que significa que pueden actuar como ácidos o bases. En pH ácido, el grupo amino se protona (N+); en pH básico, el grupo carboxilo se desprotona (COO-).

Un zwitterión es un aminoácido en su forma dipolar, donde el grupo amino está protonado (N+) y el grupo carboxilo está desprotonado (COO-). Esta forma neutra es la forma predominante en soluciones acuosas.

Los aminoácidos se clasifican en cuatro grupos según las propiedades de sus cadenas laterales: apolares, polares, básicos (catiónicos) y ácidos (aniónicos).

Un enlace peptídico es un enlace covalente que une dos aminoácidos. Se forma entre el grupo carboxilo de un aminoácido y el grupo amino del siguiente, liberando una molécula de agua.

Proceso que involucra la ruptura de un enlace fosfodiéster en una molécula de ATP, liberando energía. Esta energía se utiliza para impulsar el transporte de una molécula a favor de su gradiente de concentración o eléctrico.

Proceso que requiere energía para mover una molécula a través de una membrana contra su gradiente de concentración o eléctrico. La energía a menudo proviene de la hidrólisis de ATP.

Proceso que no requiere energía para mover una molécula a través de una membrana, siguiendo su gradiente de concentración o eléctrico.

Proteína de membrana que transporta una sola molécula a través de la membrana.

Proteína de membrana que transporta múltiples moléculas en la misma dirección a través de la membrana.

Proteína de membrana que transporta múltiples moléculas en direcciones opuestas a través de la membrana.

Estructura que rodea el núcleo de las células eucariotas. Está compuesta por dos membranas, la externa e interna, separadas por un espacio perinuclear.

Red de proteínas que se encuentra en la cara interna de la membrana nuclear interna. Contiene proteínas como la lámina A, lámina B y lámina C.

Estructura organizada de ADN y proteínas que empaqueta el ADN dentro del núcleo celular, se distingue por diferentes grados de compactación.

Es el grado de compactación de la cromatina, se refiere a cuán apretado está el ADN enrollado en su estructura.

Es el estado más compacto de la cromatina, se da durante la división celular. Permite la separación y distribución de los cromosomas.

Proceso en el que se duplica el ADN, a partir de una molécula parental se obtienen dos moléculas hijas idénticas.

Modelo de replicación que indica que cada nueva molécula de ADN contiene una hebra parental y una hebra nueva.

Enzima que sintetiza la nueva cadena de ADN durante la replicación emparejando nucleótidos con sus complementarios.

Zona del cromosoma donde se une a las fibras del huso mitótico durante la división celular, permite el movimiento correcto de los cromosomas.

Extremos de los brazos cromosómicos que protegen el ADN de la degradación y permiten la replicación de los extremos.

Conjunto de ribosomas unidos a una molécula de ARNm, trabajando simultáneamente para sintetizar la misma proteína.

El ribosoma atraviesa el ARNm, leyendo codones y agregando aminoácidos para formar una proteína. Cuando llega a un codón de terminación, se libera la proteína.

Sistema de membranas internas en células eucariotas, interconectadas entre sí. Abarcan desde la envoltura nuclear hasta diversas áreas del citoplasma.

Red de membranas con forma de sacos aplanados (cisternas), vesículas y túbulos. Se conecta con la envoltura nuclear y puede extenderse hacia la membrana plasmática.

Parte del RE con ribosomas adheridos, participa en la síntesis de proteínas para exportar y proteínas de membrana.

Parte del RE sin ribosomas, sintetiza lípidos y esteroides, y participa en la detoxificación celular.

Cara del RE en contacto con el lumen, espacio interno del mismo.

Cara del RE que puede estar en contacto con el citosol y puede tener o no ribosomas adheridos.

Espacio entre las dos membranas de la mitocondria. Contiene sustratos metabólicos, ATP generado por la propia mitocondria, alta concentración de H+ debido al bombeo, y carnitina (molécula implicada en la beta-oxidación).

Líquido gelatinoso dentro de la mitocondria que contiene: 50% agua, ADN mitocondrial (semiautónomo), enzimas para la replicación, transcripción y traducción del ADN mitocondrial, enzimas del ciclo de Krebs y beta-oxidación, iones de calcio y fosfato, ribonucleoproteínas y mitorribosomas.

Proceso por el cual la mitocondria produce ATP a partir de moléculas orgánicas (glucosa, ácidos grasos) utilizando oxígeno. Es la principal fuente de energía para la célula.

Primera etapa de la respiración celular, ocurre en el citoplasma. Glucosa se descompone en piruvato, produciendo 2 ATP.

Proceso en el que el piruvato producido por la glucólisis se transforma en acetil-CoA, liberando CO2 y generando NADH.

Serie de reacciones cíclicas en la matriz mitocondrial que descomponen el acetil-CoA, liberando CO2, generando ATP, NADH y FADH2.

Serie de proteínas en la membrana interna de la mitocondria que transportan electrones desde el NADH y FADH2 al oxígeno.

Proceso por el cual los ácidos grasos se descomponen en moléculas más pequeñas para producir energía. Se lleva a cabo en la matriz mitocondrial y en los peroxisomas.