Principios de Biología. Metabolismo celular

Hablar de metabolismo celular es hablar de metabolismo energético, ya que ambos conceptos están sumamente relacionados. Para obtener energía las células necesitan respirar y alimentarse, lo mismo que los organismos, al estar formados por células.

El metabolismo es el conjunto de reacciones bioquímicas y procesos físico-químicos que ocurren en una célula y en el organismo. Estos procesos complejos, que se desarrollan a nivel molecular, son la base de la vida, ya que permiten las diversas actividades de las células, como son el mantenimiento, crecimiento, reproducción, etc.

En el principio de la vida en la Tierra los procesos metabólicos eran anaerobios para posteriormente transformarse en aerobios, ya que eran más eficaces desde el punto de vista energético. Otro invento evolutivo crucial fue la fotosíntesis, ya que permitió utilizar la abundante energía del Sol. Todo ello ocasionó unos enormes cambios en el planeta, que posibilitaron una atmósfera única, llena de oxígeno y pobre en dióxido de carbono, lo que convierte a la Tierra en un planeta único. Debido a la mejora en los procesos metabólicos y a su eficacia energética, se pudo dar otro paso decisivo en la historia de la vida, la agrupación de las células en colonias, que luego terminaron transformándose en individuos, el paso de la unicelularidad a la pluricelularidad.

La unidad didáctica es algo compleja ya que contiene numerosos procesos bioquímicos y celulares fundamentales en Biología. La lectura detenida junto con el visionado de los vídeos ayuda enormemente al aprendizaje de los mismo. Una manera eficaz de aprender y retener en la memoria los procesos y rutas metabólicas es mediante la realización de dibujos con rotuladores de colores.


1. Metabolismo celular. Metabolismo energético

- Lectura: Wikipedia. Metabolismo
- Vídeo: Instituto ISAF. Célula y energía


2. Energía celular

El ATP

- Lectura: Wikipedia. Adenosín trifosfato
- Vídeo: Profesores Gama. Adenosín Trifosfato

Respiración aerobia

- Lectura: Wikipedia. Respiración aeróbica
- Vídeo: Educatina. La respiración celular aeróbica y generación de ATP
- Animación (en inglés): Saylor Academy. Cellular respiration

Glucólisis

- Lectura: Wikipedia. Glucólisis
- Vídeo: Dr. Luca Merlini. Glucólisis

Ciclo de Krebs

- Lectura: Wikipedia. Ciclo de Krebs
- Vídeo: Profesores Gama. Ciclo de Krebs

Cadena de transporte de electrones

- Lectura: Wikipedia. Cadena de transporte de electrones
- Vídeo: Dr. Luca Merlini. Cadena de Transporte de Electrones y Fosforilación Oxidativa

Fosforilación oxidativa

- Lectura: Wikipedia. Fosforilación oxidativa
- Vídeo: Profee1000. Fosforilación oxidativa

Respiración anaerobia

-Lectura: Wikipedia. Respiración anaerobia
- Vídeo: ceciduke. Respiración celular
- Práctica de laboratorio (vídeo): Cesar D. Respiración anaeróbica

Fermentación

- Lectura: Wikipedia. Fermentación
- Lectura: Wikipedia. Fermentación alcohólica
- Lectura: Wikipedia. Fermentación láctica
- Vídeo: Profe en casa. Respiración celular: fermentación


3. Fotosíntesis

Proceso, reacciones y productos. Fase luminosa. Fase oscura. 

- Lectura: Wikipedia. Fotosíntesis
- Vídeo: Ciencias Osgam. La fotosíntesis
- Animaciones (en inglés): Saylor Academy. Photosynthesis,  John Kyrk. Light reactions, Dark reactions
- Práctica de laboratorio: UAEH. Práctica de laboratorio de fotosíntesis

Cloroplastos y tilacoides

- Lectura: Wikipedia. Cloroplasto
- Lectura: Wikipedia. Tilacoide
- Vídeo: Andrés Amenabar. Animación en 3D de la fotosíntesis

(Nota: los cloroplastos y su función ya se vieron en la unidad correspondiente a la célula. En esta unidad nos centraremos en su función en la fotosíntesis)

Quimiosmosis

- Lectura: Wikipedia. Quimiosmosis
- Vídeo: Alejandra Jácome. La teoría quimiosmótica


Cuestionario de esta unidad


Para saber más y ampliar conocimientos

- Lectura: Biblioteca de investigaciones. La respiración aerobia y anaerobia
- Lectura: VV. AA. Diseño y aplicación de una práctica de fotosíntesis para estudiantes de biología celular del IPC-UPEL
- Vídeo: Khan Academy. Adenosin triphosphate (en inglés)
- Vídeo: Mayte ANTARTIDA. Evolución de la respiración aerobia
- Animaciones: Educastur. Animaciones de la fotosíntesis


Principios de Biología

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Principios de Biología. Metabolismo celular. Cuestionario

1. Cual de estas respuestas NO es una tendencia a la hidrólisis del ATP:

A. Solvatación
B. Localización electrónica
C. Tensión eléctrica
D. Energía de estabilización por resonancia

2. El ciclo de Krebs en las células procariotas se produce en:

A. Las mitocondrias
B. El centrosoma
C. El aparato de Golgi
D. El citoplasma

3. En la fosforilación oxidativa se produce:

A. ATP
B. ADP
C. NADH
D. Glucosa

4. ¿Cuál es la función más importante de los cloroplastos en la fotosíntesis?:

A. Transformar el ATP en ADP + Pi
B. Transformar la materia inorgánica en orgánica
C. Captar la energía solar
D. Destruir los compuestos de deshecho

Metabolismo celular

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Principios de Biología. La célula

La célula constituye un pequeño milagro en sí misma. Debemos huir de esa imagen estática que aparece en las publicaciones como si la célula fuera un saco de jugo lleno de bolsitas arrugadas. Por el contrario, la célula es una maquinaria perfecta de intercambio y transformación de material químico y genético, un laboratorio de química en el que, al contrario de uno real, las sustancias no se hallan en frascos cerradas, sino dispersas o contenidas en estructuras, uniéndose y transformándose con un protocolo exacto, impidiendo mezclas letales y manteniendo reacciones químicas certeras y rápidas, mediante esas complejísimas moléculas llamadas enzimas.

Apenas estamos conociendo como funciona la célula, pero se están dando grandes avances en este aspecto. Tanto es así, que sí supiéramos mucho más de lo que sabemos sobre la célula, hace tiempo que habríamos dado con la solución para el cáncer.

Esta unidad didáctica es algo compleja, ya que cada parte de la estructura celular tiene una función importante y definida que nunca se debe confundir con otra, aunque en ciertos casos se puedan solapar o superponer. La citología o ciencia celular es todo un mundo en sí y un mundo por investigar y descubrir.

Un truco para aprender y memorizar esta unidad didáctica es coger lápiz y papel y diversas pinturas o rotuladores de colores y empezar a dibujar las estructuras celulares y hacer diagramas y gráficos de sus funciones.


1. La teoría celular

- Lectura: Wikipedia. Teoría celular
- Vídeo: Wegener Tesla. La célula y su funcionamiento


2. Tipos de células


2.1. Procariotas

- Lectura: Wikipedia. Célula procariota


2.2. Eucariotas

- Lectura: Wikipedia. Célula eucariota


2.3. La célula vegetal

- Lectura: Wikipedia. Célula vegetal


- Vídeo: Rafael Silva Corella. La célula eucariota
- Práctica: Universidad de Delaware. Manejo virtual del microscopio (en inglés)


3. Estructura celular. Membrana celular


Membrana celular

- Lectura: Wikipedia. Membrana plasmática
- Animación: Animaciones de Biología Celular. Membrana celular


Canales celulares

- Lectura: Wikipedia. Canal iónico


Glycocalyx

- Lectura: Wikipedia. Gliocálix


Citoplasma y citosol

- Lectura: Wikipedia. Citoplasma


3. Estructura celular. Organelos celulares

(Nota: los organelos también son denominados orgánulos, organelas u organoides, o mejor elementos celulares)


Núcleo, nucleolo y cromosomas

- Lecturas: Wikipedia. Núcleo celular, Wikipedia. Nucleolo y Wikipedia. Cromosoma
- Animación: Animaciones de Biología Celular. Estructura de los cromosomas


Centriolo, centrómero y centrosoma

- Lecturas: Wikipedia. Centriolo, Wikipedia. Centrómero y Wikipedia. Centrosoma


Mitocondrias

- Lectura: Wikipedia. Mitocondria


Aparato de Golgi

- Lectura: Wikipedia. Aparato de Golgi
- Animación: Animaciones de Biología Celular. Aparato de Golgi


Ribosoma

- Lectura: Wikipedia. Ribosoma


Retículo endoplásmico liso y rugoso

- Lecturas: Wikipedia. Retículo endoplasmático, Wikipedia. Retículo endoplasmático rugoso y Wikipedia. Retículo endoplasmático liso


Cloroplastos

-Lectura: Wikipedia. Cloroplasto


-Vídeo: Ciencias Osgam. Todo sobre la célula
- Animación: Animaciones de Biología Celular. Anatomía de la célula
- Prácticas (guión): IES García Morato. Prácticas de microscopía
- Práctica virtual: CUVSI. Observación de las células con el microscopio electrónico. Práctica virtual
- Práctica virtual (identificación de estructuras celulares): UM-Citología e Histología Veterinaria. Citología


4. Comunicación celular


Unión celular

- Lectura: Wikipedia. Unión celular


Potencial de acción

- Lectura: Wikipedia. Potencial de acción


Transducción de señal

- Lectura: Wikipedia. Transducción de señal


- Vídeo: Joaquin Toledo. Polisacáridos, péptidos, comunicación celular


5. Motilidad celular

- Lectura: Wikipedia. Motilidad celular
- Vídeo: Edgar Cabanzo. Sistemas de locomoción celular


Cuestionario de esta unidad


Para saber más y ampliar conocimientos

- Lectura: Universidad de Vigo. Atlas de Histología Animal y Vegetal. La célula
- Lectura: Libros vivos. La célula
- Prácticas virtuales: Todo educativo. Microscopios online o virtuales
- Práctica: Recursos TIC. Observación de células animales y vegetales
- Práctica: IHMC. Observación de células vegetales y diferenciaciones citoplasmáticas


Principios de Biología

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Observación de las células con el microscopio electrónico. Práctica virtual

El microscopio electrónico puede conseguir aumentos de 100.000 X, frente a los máximos 1.000 X del microscopio óptico. Por esta razón se usa para estudiar con detalle los elementos de la célula.

Uno de los métodos de estudio de la célula es la microscopia. Por el pequeño tamaño de los elementos que la componen, se utiliza la microscopía electrónica, concretamente y para el estudio de sus elementos, la microscopía electrónica de transmisión.

No se usa luz como fuente de iluminación, sino un fino haz de electrones acelerados a gran velocidad. Al atravesar la muestra, estos se dispersan en diferentes trayectorias que según las características de la ultraestructura del material que atraviesan. La imagen formada se aumenta y proyecta en una pantalla fluorescente, pudiendo visualizarse en tiempo real o registrarse digitalmente o en negativos para estudios posteriores.

Las muestras biológicas cuando llegan al laboratorio o unidad de microscopía electrónica de transmisión, son preparadas para su observación. Generalmente son sometidas a procesos de fijación, deshidratación e inclusión en resinas, proporcionando al material la dureza y el soporte necesarios para su sección en cortes de un grosor aproximado de 60 nm. Para observar cualquier muestra biológica, mejorando la interacción entre esta y el haz de electrones, se realiza un proceso de contraste de las secciones con metales pesados. Para obtener secciones tan finas se usa un ultramicrotomo (aquí se puede ver una imagen).


Muestras celulares observadas con microscopía electrónica de transmisión

Para ver la imagen más grande, hacer clic sobre la misma

Bacteria Bacillus subtilis, en la que se puede observar el glicocálix en la membrana,
como pelo o cabello (escala 200 nm)

Retículo endoplasmático rugoso alrededor del núcleo, los círculos oscuros son mitocondrias

Núcleo celular. La parte oscura es el nucleolo

Centrosoma cercano al núcleo en la división del citoplasma (citocinesis).
Esquina inferior derecha, señalizado por una flecha

Centriolo con los nueve tripletes de microtúbulos en célula de cerebro embrionario de ratón

Mitocondrias en tejido pulmonar de mamífero

Aparato de Golgi en leucocito humano

Cloroplasto de Chlamydomonas reinhardtii, un alga verde unicelular
que contiene un pirenoide (masa proteica) rodeado de almidón

Anexo: Técnicas básicas, metodología de investigación y guiones de prácticas

Campos Rosende, Asunción. Metodología de la microscopía electrónica de transmisión/barrido

Lux, Alexander. Microscopía electrónica, ultraestructura y citología vegetal

Universidad de Murcia. Técnicas instrumentales básicas en Biología Celular

VV. AA. Técnicas Básicas en Microscopía Electrónica de Transmisión


Principios de Biología

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Principios de Biología. La célula. Cuestionario

1. Cual es la respuesta más adecuada para la composición de la membrana plasmática:

A. Una bicapa fosfolipídica
B. Una bicapa de fosfolípidos, por proteínas unidas no covalentemente a esa bicapa, y glúcidos unidos covalentemente
C. Una bicapa de fosfolípidos, por proteínas unidas covalentemente a esa bicapa, y glúcidos unidos no covalentemente
D. Una bicapa proteínas-lípidos-lípidos-proteínas

2. ¿Cuáles de estas células no poseen una pared celular rígida?:

A. Trigo
B. Alga unicelular
C. Champiñón
D. Tigre

3. El orgánulo celular, con función empaquetadora, modificando vesículas del retículo endoplasmático rugoso, es:

A. El núcleo celular
B. La mitocondria
C. El centrosoma
D. El aparto de Golgi

4. ¿Cuál de estos orgánulos celulares posee ADN, además del nucleo celular?:

A. El cloroplasto
B. La mitocondria
C. El aparato de Golgi
D. El retículo endoplasmático

La célula

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Principios de Biología. Moléculas biológicas

Las moléculas están formadas por átomos y los cosas vivas e inertes están formadas por moléculas. En la materia vida encontramos moléculas muy pequeñas, como el agua, y otras enormes, macromoléculas como los nucleótidos o los aminoácidos, siendo cientos de miles el tamaño de una molécula de agua. Al unirse las macromoléculas forman moléculas todavía más grandes, los polímeros, como son los lípidos, los carbohidratos complejos y las proteínas. El nivel más básico de la vida empieza en estas moléculas y sus reacciones. No se puede entender la Biología moderna sin la Bioquímica y la Biología Molecular.

Conceptos químicos básicos son fundamentales para aprender y entender esta unidad. Se estima que con ellos pueden ser necesarias unas 20 horas. Es importante conocer que tipo de moléculas conforman la materia viva, ya que esta es la base, los cimientos, en los que esta se asienta. Aunque en principio su estudio y aprendizaje puede resultar algo arduo, una vez que se va entendiendo la importancia y función de las biomoléculas, este resulta más interesante y ameno.


El agua en los seres vivos

- Lectura: Ampliación de Biología y Geología. El agua en los seres vivos
- Práctica: CUVSI. Determinación del contenido de agua de la materia viva. Práctica virtual


Hidratos de carbono


Monosacáridos

- Lectura: Aula Virtual de Biología. Monosacáridos
- Vídeo: Academia Vasquez. Monosacáridos o azúcares simples
- Práctica: Xunta de Galicia-Educación. Estudio de azúcares reductores


Disacáridos y Polisacáridos

- Lectura: Aula Virtual de Biología. Disacáridos y Polisacáridos
- Presentación: Guatequímica. Disacáridos y polisacáridos


Enlace glucosídico

- Lectura: Wikipedia. Enlace glucosídico
- Vídeo: Profesores Gama. Enlace glucosídico


Proteínas


Aminoacidos

- Lectura: Wikipedia. Aminoácido
- Vídeo: Academia Vasquez. Aminoácidos
- Práctica: UNICAN. Estructura y propiedades de los aminoácidos


Proteínas. Estructura de las proteínas

- Lectura: Wikipedia. Proteína
- Vídeos: Educatina. Introducción a las proteínas y Academia Vasquez. Estructura y organización de las proteínas


Lípidos


Clasificación de los lípidos

- Lectura: CUVSI. Clasificación de los lípidos


Características de los lípidos

- Lectura: Wikipedia. Lípidos
- Vídeo: Academia Vasquez. Propiedades, funciones y clasificación de los lípidos
- Práctica. Determinación de lípidos: Educación-Xunta de Galicia. Determinación de lípidos

Triglicéridos

- Lectura: Wikipedia. Triglicéridos
- Vídeo: Prepararse selectividad. Triglicéridos


Lípidos de membrana

- Lectura: Wikipedia. Lípidos de membrana
- Vídeo: Aula24Ciencias. Membrana celular y su estructura


Fosfolípidos

- Lectura: Wikipedia. Fosfolípidos
- Vídeo: Prepararseselectividad. Fosfolípidos


Esteroides

- Lectura: Wikipedia. Esteroides
- Vídeo: Prepararseselectividad. Esteroides: colesterol


Ácidos nucleicos


Nucleótidos

- Lectura. Fisica.net. Nucleótidos y ácidos nucleicos
- Vídeo: Educatina. Introducción a la Biología de los Nucleótidos


ADN (Ácido desoxirribonucleíco)

- Lectura: Wikipedia. Ácido desoxirribonucleico
- Animación: Animaciones de Biología Celular. Estructura del ADN
- Vídeo: Wegener Tesla. ADN, estructura, genética y evolución


ARN (Ácido ribonucleico)

- Lectura: Wikipedia. Ácido ribonucleico
- Vídeo: Youtube. ADN y ARN
- Práctica: Bioquímica médica. Aislamiento del ARN de la levadura


ATP (Adenosín trifosfato)

- Lectura: Wikipedia. Adenosín trifosfato
- Vídeo: Profesores Gama. Adenosín Trifosfato - ATP


Enzimas

- Lectura: Wikipedia. Enzimas
- Vídeo: AcademiaVasquez. Enzimas: estructura, características y funciones


Prácticas de laboratorio online

Hidratos de carbono, proteínas, grasas y comprobación de su existencia en alimentos:

Oklahoma City Community College. Dennis Anderson’s Organic Molecules Lab (en inglés)


Cuestionario de esta unidad


Para saber más y ampliar conocimientos

Wikipedia. Agua

Presentación: María José Lagos. Histoquímica de lípidos

Vídeo: Cristian Yanoli. Adenosin trifosfato


Principios de Biología

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Principios de Biología. La ciencia de la Biología

Unidad 1. La ciencia de la Biología. 

En esta unidad definiremos la ciencia de la Biología y su campo de estudio y asimismo el método con el que trabaja, el método científico. Si la ciencia de la Biología es la ciencia de la vida, también definiremos lo que es la vida y la materia viva. No se puede entender la Biología moderna sin entender la evolución, por tanto se tratará de ella, así como de la relación de los seres vivos con el medio ambiente, que es la ecología.

Para aprender el conocimiento de esta unidad pueden bastar desde media hora, si se tienen sólidos conocimientos previos, hasta unas 10 horas. En principio, la unidad es amena y no plantea especiales dificultades en el aprendizaje. A pesar de que se posean unos grandes conocimientos previos, conviene leer los textos y ver los vídeos, ya que demás de su amenidad, proporcionan unas sólidas bases de conocimiento de la materia.


La Ciencia de la Biología

Lectura: Wikipedia. Biología.
Vídeo: La Biología


El método científico

Texto: J.S. Raisman y Ana M. González. Hipertextos del Área de la Biología. Introducción a la Biología.
Vídeo: El método científico en las Ciencias Biológicas


El concepto de vida

Lectura: Wikipedia. Vida.
Vídeo: El origen de la vida


La evolución

Lectura: Antonio Barbadilla. La evolución biológica. UAB - Departamento de Genética y Microbiología.
Vídeos: Darwin y la evolución biológica


Los seres vivos y el medio ambiente

Lectura: FAO. El medio ambiente.
Vídeo: Ecología y medio ambiente


Cuestionario de esta unidad


Para saber más y ampliar conocimientos

Santiago Collado González. Teoría de la evolución. Universidad de Navarra.

Wikipedia. Evolución biológica.

Prezi. El medio ambiente y su relación con los seres vivos.


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