BIG BANG

Hace diez a veinte millones de años el universo estaba contraído. La distancia entre 2 puntos era cero, la de la materia era infinita y el volumen de universo era cero. El universo, la materia era muy caliente y densa, las partículas, elementales poseían mucha energía y eran abundantes después del Big Bang el universo se expandió y enfrió, las partículas se deterioraron y originaron reacciones nucleares un cuarto de la masa de los protones y neutrones se convirtieron en helio. Antes la materia estaba dispersa emitiendo y absorbiendo radiación electromagnética y sus frecuencias asociada a su temperatura inicial. Luego la frecuencia bajo hasta la actual, a una temperatura unos grados mayores al cero absoluto. Los científicos afirman una edad de 15 mil millones de años.

ORIGEN DE LA VIDA

Siglo 18, sostenían que los seres vivos simples podían “generarse espontáneamente”, mediante sustancias del medio y los superiores eran “creados por Dios”. Lázaro dijo que los microorganismos no se generaban espontáneamente. Él hirvió un caldo de cultivos en matraces de vidrio y lo cerro herméticamente ya que decía que los microorganismos flotaban en el aire, pero el caldo quedo inalterado, rechazando la generación espontánea. Pasteur hizo el mismo experimento, pero sin cerrar el recipiente; le coloco una manguera, por donde se renueve el aire, y aun así no hubo generación espontánea, terminando con esa teoría.

CONDICIONES PRIMITIVAS Y PRIMEROS ORGANISMOS

La atmósfera primitiva se componía de nitrógeno, monóxido de carbono, dióxido de carbono, hidrogeno, vapor de agua y gases inertes (sin oxígeno libre). A medida que la Tierra se solidifica y enfría, compuestos y elementos de su superficie y de la atmósfera reaccionaban activados por la energía de las radiaciones solares y descargas eléctricas. Esas reacciones conducían a la formación de compuestos más complejos, entre ellos, los compuestos orgánicos, la base de la construcción de seres vivos.

En 1920, Oparin y Haldane que antes de la vida, la atmosfera carecía de oxígeno, las temperaturas eran elevadas y se producían descargas eléctricas y radiaciones ultravioletas. En la atmosfera había moléculas inorgánicas que reaccionaban entre si originando nuevas moléculas. Durante millones de año, estas moléculas se acumularon en el mar (el vapor de agua se condenso bajo la temperatura y se formaron océanos), algunas se asociaron formando otras más complejas: proteínas, ácidos nucleicos, hidratos de carbono y lípidos. Los lípidos originarios originaron las primeras membranas biológica que en medio acuoso se cerraban formando esferas, diferenciando un “medio interno” de su entorno. Las moléculas encerradas chocaban y reaccionaban formando compuestos más complejos capaces de replicarse. Es probable que estas esferas (protobiontes o coacervados) desarrollaron la capacidad de alimentarse heterótrofamente.

Miller diseño un aparato que simulaba las condiciones iniciales de la Tierra. Este lo lleno con metano, amoniaco, agua e hidrógeno, y lo mantuvo cerrado en estado de ebullición con dos electrones generando chispas por una semana. Al analizarlo, encontró aminoácidos demostrando que puede formarse moléculas orgánicas a partir de componentes inorgánicos en condiciones extremas.

Las primeras células del planeta fueron las procariontes, del latín antes del núcleo. Estas eran organismos unicelulares (como las bacterias) con su material genético suelto en el citoplasma. Es la primera forma de vida en la Tierra. El espacio ocupado por el ADN es el nucleoide. El cromosoma procarionte está en contacto con el resto del citoplasma (unido generalmente a una membrana o mesosoma) envoltura nuclear. Son organismos pequeños, de rápida reproducción y pueden sobrevivir en condiciones aeróbicas o anaeróbicas. Algunos son autótrofos, algas verdes (sintetizan sus moléculas orgánicas a partir de sustancias inorgánicas). Otras son heterótrofas, como las bacterias descomponedoras (incorporan materia orgánica sintetizada por otro organismo). Entonces las primeras células eran PROCARIONTES, ANAERÓBICAS y HETERÓTROFAS. En medida que disminuían las moléculas orgánicas, había más competencia entre estos organismos y se desarrollaban las primeras células autótrofas (producen su alimento; cianobacterias, algas verdes-azules), utilizaban el dióxido de carbono y energía solar para producir moléculas orgánicas. Antes el oxígeno era escaso en la atmósfera y el dióxido 100 veces más del actual. En la fotosíntesis aumenta la concentración de oxígeno y transforma la atmosfera primitiva a la atmosfera oxidante.

CÉLULA PROCARIONTE

• Papel fundamental como descomponedores y fijan nitrógeno atmosférico
• Mesosomas: ancla moléculas de ADN, asegurando que cuando se divida, se reparta el genoma.
• Cápsula
• Pared celular: es porosa y permite el paso de sustancias
• Membrana plasmática
• Nucleoide (ADN)
• Citoplasma: casi homogéneo
• Ribosomas: síntesis de proteínas
• Microcápsulas
• Pili/flagelos: desplazamiento, formados por membranas de flagelina

Las nuevas condiciones atmosféricas permitieron el desarrollo de nuevas formas de vida, las CÉLULAS EUCARIOTAS, que poseen células con núcleo verdadero rodeado por una doble membrana con varias moléculas de ADN. Posee un sistema de endomembranas que forma una compartimentalización interna que separa sus funciones en sitios diferenciados aumentando su eficiencia en la captación y transformación de materia y energía. La membrana externa se retícula con una organela, formando el retículo endoplasmático rugoso, y participa en la síntesis de proteínas de Golgi. La evolución de la célula fue de la siguiente manera: primero apareció la célula procariota ancestral (con ADN suelto, citoplasma y membrana), luego fue evolucionando y diferenciando cada vez más sus parte internas (núcleo, retículo endoplasmático, envoltura nuclear interna y externa) hasta llegar a la célula procariota aeróbica, la cual dio dos nuevas formas: la célula eucariota aeróbica (con mitocondrias, encargadas de la respiración celular) y la célula eucariota autótrofa (con cloroplastos).

UNIDAD 1: CARACTERÍSTICASDE LOS SERES VIVOS (qué cosas tiene que tener un ser vivo para considerarlo como tal y lo diferencia de aquello que no es un ser vivo).

• COMPLEJIDAD ESTRUCTURAL: hasta el más sencillo de los seres vivos poseen una complejidad estructural insuperable por cualquier otro objeto de la naturaleza, única para poder desarrollar todas sus actividades. Esta es mantenida gracias al intercambio constante de materia y energía con su entorno. Los seres vivos estamos formados por estructuras celulares, las cuales son la estructura mínima funcional de estos y constituyen un pilar para los mismos ya que todos los seres vivos estamos formados por al menos una célula.
• METABOLISMO PROPIO: conjunto de reacciones químicas que ocurren, de manera ordenada y de acuerdo con la demanda específica, en el interior de las células. A través de este se obtienen moléculas y estructuras indispensables para la vida. El metabolismo se mantiene gracias a que los seres vivos son sistemas abiertos (intercambian permanentemente materia y energía con su entorno).
• HOMEOSTASIS: capacidad de todos los seres vivos de mantener constante las condiciones físicas y químicas (temperatura, concentraciones químicas, presión o salinidad) de su medio interno, independientemente de lo que ocurra en el exterior. Un ejemplo es el mantenimiento de la temperatura corporal.
• REPRODUCCIÓN: los seres vivos son capaces de dejar descendencia o autoperpetuarse, produciendo otros sistemas similares a ellos. La reproducción es propia de los seres vivos ya que se genera a partir de su propia estructura sin la intervención de un agente externo que la manipule (distinto a la "multiplicación" o "copia" que hace el hombre de algunos objetos). Hay dos tipos: SEXUAL (intervienen gametas femeninas y masculinas, no necesariamente de 2 progenitores distintos), y ASEXUAL (el individuo se fragmenta originando otro idéntico)
• CRECIMIENTO Y DESARROLLO: este implica un aumento del tamaño. Los individuos pluricelulares crecen por aumento en la cantidad de células que los componen, mientras que en los unicelulares aumenta el tamaño celular hasta que la célula se divide y produce dos individuos. El desarrollo está relacionado con las transformaciones que sufre un individuo a lo largo de su vida (fisiológicos y morfológicos).
• IRRITABILIDAD: capacidad de los seres vivos de reaccionar ante las señales que perciben ya sea internas o de su entorno. A través de esta los organismos pueden ubicar su alimento, su pareja, el peligro, etc. Los taxismos son respuestas de animales a estímulos del ambiente.
• ADAPTACIÓN: capacidad de todos los seres vivos de modificar su "conducta" frente a estímulos del medio interno y externo. Esta es una consecuencia de la irritabilidad. Esta característica se asocia con la evolución.
• Los seres vivos presentan elementos: carbono, hidrogeno, oxigeno, nitrógeno, fósforo y azufre, que se organizan en moléculas orgánicas formando hidratos de carbono, lípidos, proteínas y ácido nucleicos.

NIVELES DE ORGANZACIÓN DE LA MATERIA

• SUBATÓMICO: partículas que forman un átomo (n, p+ y e-)
• ATÓMICO: partículas más pequeñas de un elemento (O₂, H₂)
• MOLECULAR: combinación de átomos (H₂O, CO₂)
• MACROMOLECULAR COMPLEJO: combinación de distintas moléculas (ribosomas, lipoproteínas)
• SUBCELULAR/ORGAELAS: estructuras que realizan funciones específicas en las celular (mitocondrias, cloroplastos)
• CELULAR: unidad estructural y funcional de todo ser vivo (ameba, bacterias)
• TISULAR: conjunto de celular con características similares que se unen para realizar una función (corales, medusas)
• ÓRGANOS: conjunto de tejidos que forman una unidad funcional (tenia)
• SISTEMA DE ÓRGANOS: conjunto de órganos que cumplen una función (humanos)
• POBLACIÓN: conjunto de individuos de una misma especie que cohabitan y coexiste (población de palmeras del Palmar, febrero 1890)
• COMUNIDAD: conjunto de poblaciones y sus interacciones (poblaciones de pasto y arbusto)
• BIOMA: conjunto de comunidades con mismas condiciones climáticas y en un mismo espacio geográfico (selva misionera)
• BIOSFERA: todos los seres vivos del planeta

En el nivel subatómico están los protones neutrones y electrones, que al unirse forman átomos (con su específico número y disposición de dichos elementos). Este es el nivel atómico. Los tomos al combinarse forman molécula (nivel molecular), por ejemplo, la molécula del agua formada por dos átomos de hidrogeno y uno de oxígeno. Luego está en nivel macromolecular que incluye moléculas de gran tamaño, como lo son las proteínas formadas por los nucleótidos unidos por enlaces de fosfodiéster. Otro ejemplo son los PRIONES. Son agentes patógenos formados por una proteína (PrP) mal plegada, y producen encefalopatía espongiforme bovina o la enfermedad de las “vacas locas”. Los priones se acumulan en el cerebro de los animales enfermos y generan una estructura esponjosa en la corteza cerebral. Pueden ser enfermedades hereditarias (transmisión vertical) o contraídas mediante el contagio entre individuos de distinta especie. La proteína normal tiene una secuencia de aminoácidos y posee una estructura de hélices alfa, en cambio la patógena posee más laminas beta (resisten las enzimas proteolíticas, es decir, que rompen proteínas, el calor y son solubles al agua); además cuando interacciona con una proteína normal altera su estado a prión.

A continuación, viene el nivel macromolecular complejo, el cual es cuando se unen entre si las macromoléculas. Un buen ejemplo de esto son lo VIRUS, formados por una cápsula de proteínas, una molécula de ADN o ARN y, a veces, poseen una cubierta membranosa. Son parásitos obligados muy específicos con respecto a la célula que pueden infectar y de la cual necesitan la maquinaria sintética para reproducirse. Cuando los virus infectan a la célula pueden hacerlo de dos formas: reproduciéndose en el interior de la célula infectada, utilizando todo el material y la maquinaria de la célula, o uniéndose al material genético de la célula en la que se aloja, produciendo cambios genéticos en ella. Los virus contienen toda la información necesaria para su ciclo reproductor, lo cual es la única función que comparten con los seres vivos; así, generan una copia para utilizar la materia, energía y la maquinaria genética de la célula huésped. Un ejemplo de infección viral son los BACTERIÓFAGOS. Los bacteriófagos son virus específicos de bacterias. Una vez que infectan a la célula, pueden comportarse como agentes infecciosos, produciendo la lisis o muerte de la célula, o bien como virus atenuados, que añaden material genético a la célula hospedante. La infección se realiza en etapas:

1. Fase de fijación: Los virus se unen por la placa basal a la cubierta de la pared bacteriana.
2. Fase de contracción: La cola se contrae y el ácido nucleico del virus se empieza a inyectar.
3. Fase de penetración: El ácido nucleico del virus penetra en el citoplasma de la bacteria, y a partir de este momento puede seguir dos ciclos diferentes:
4. Ciclo lítico: el ADN viral “maneja” la maquinaria de síntesis de la célula para sintetizar las proteínas víricas y copiar el ADN viral. Cuando hay suficiente cantidad de estas moléculas, se produce el ensamblaje (se “arman” los virus), la célula se rompe (lisa) y los nuevos virus se liberan al medio, produciendo la muerte de la célula.
5. Ciclo lisogénico: ADN del virus queda integrado en el ADN de la bacteria. Los genes virales se replican junto al ADN de la bacteria. El virus queda en forma de profago, que ante determinados estímulos, desencadena un ciclo lítico, destruyendo la célula hospedadora.

Los viroides son moléculas de ARN circular desnudo que se encuentra en las plantas. El PSTV, que causa la enfermedad tubérculo fusiforme en la papa, provoca que la papa infectada forme tubérculos alargados y deformes.

Luego está el nivel celular, una célula es un agregado de moléculas, macromoléculas, y macromoléculas complejas o estructuras subcelulares (organelas). En este nivel se habla de organismos ya que los organismos más simples son unicelulares. Le siguen los niveles de tejidos, órganos, sistemas de órganos que forman individuos complejos.

CLASIFICACIÓN DE LOS SERES VIVOS

REINO	TIPO DE CÉLULA	NUTRICIÓN	NIVEL DE ORGANIZACIÓN	EJEMPLOS
MONERA	procariota	Autótrofos/heterótrofos	Celular	Cianofíceas
PROTISTA	eucariota	Autótrofos/heterótrofos	Celular	Protozoos
HONGOS	eucariota	Heterótrofos	Celular y tisular	Moho
VEGETALES	eucariota	Autótrofos	Sistema de órganos	Plantas
ANIMALES	eucariota	Heterótrofos	Desde tisular a sistema de órganos	Medusa/humanos

MICROSCOPÍA: El límite de resolución es la menor distancia entre 2 puntos que puede diferenciar un sistema ocular, siendo esta medida en el humano de 0.2mm.

• MICROSCOPIO ÓPTICO: estructura mecánica con sistema de entes y una fuente luminosa. Tiene 3 tipos de lentes: condensador, objetivo y ocular. Por el primero pasa un haz de luz que incide sobre el objeto a estudiar; el objetivo aumenta la imagen de la pieza proyectándola por el ocular, que aumenta aún más esa imagen y la proyecta sobre el ojo de la persona (por ejemplo, una célula).
• MIROSCOPIO ELECTRÓNICO: se utiliza para el estudio de estructuras muy pequeñas u organoides enteros aislados (por ejemplo, virus). Hay 2 tipos:
• De transmisión: utiliza un haz de luz de electrones para visualizar un objeto y es capaz de aumentarlo hasta un millón de veces.
• De barrido: la pieza a estudiar es barrida por un rayo continuo de partículas, tiene una resolución de 10nm y permite tener imágenes tridimensionales.

 

 

 

CÉLULA EUCARIOTA

• Membrana Plasmática: complejo formado por lípidos, proteínas e hidratos de carbono; es semilíquida y semi permeable. Contiene el material celular, limita la célula y la comunica con su entorno.
• Citoplasma: contenido celular eterno al núcleo; es un gel (semilíquido) donde está el citoesqueleto, las organelas y el sistema de endomembranas o membranas internas. En él se realizan gran parte de las reacciones metabólicas de las células.
• Núcleo: en él está el ADN, está protegido por una doble membrana, la envoltura nuclear, que tiene poros ara comunicarlos con el citoplasma. El ADN es lineal y se asocia a proteínas básicas (histonas). En el núcleo hay un nucléolo, que es donde se sintetiza el ARN y forma ribosomas.
• Organelas:
• Mitocondrias: sitio en el cual se lleva a cabo la respiración celular, es decir la oxidación de compuestos orgánicos para obtener energía.
• Cloroplastos: se encuentran en los organismos pertenecientes al reino vegetal, se encargan de la fotosíntesis, que es la síntesis de moléculas inorgánicas (CO₂, H₂O) en presencia de luz. Convierten la energía lumínica en energía química útil para la célula, y están presentes en células eucariotas autótrofas.
• Lisosomas: encargadas de la digestión intracelular, que es la degradación de compuestos que ingresan en la célula o de componentes celulares a través de enzimas hidrolíticas.
• Peroxisomas: oxidación de peróxidos producto del metabolismo celular (por ejemplo, agua oxigenada (un oxígeno más que la normal))
• Glioxisomas: transforman lípidos (almacenados en semillas) o glúcidos para la germinación.
• Vacuolas: almacenan temporalmente nutrientes o productos de desecho, y transporte de moléculas.
• Sistema Vacuolar Citoplasmático: sistema de membranas que forman canales en el citoplasma. Está compuesto por el REG, el REL, Golgi, y la envoltura nuclear, todos ellos conectados estructural y funcionalmente.
• Envoltura nuclear: doble bicapa con poros y es discontinua.
• RER: tiene ribosomas, sintetiza proteínas deportación, de membrana y enzimas hidrolíticas. Además, transporta sustancias hidrolíticas.
• REL: sintetiza lípidos y participa en los procesos de detoxificación celular, eliminando organismos compuestos tóxicos. Almacena calcio y transporta proteínas sintetizadas.
• Sistema de Golgi: sitio de formación de lisosomas, empaqueta y distribuye los productos del REG (RER) y REL.
• Las células animales no poseen pared celular, a diferencia de las vegetales que sí poseen, y está formada por celulosa. Ambas poseen vacuolas, animales muy chicas y vegetales una y muy grande. Las células animales poseen centriolos, las vegetales no porque no se reproducen mediante reproducción sexual.

CÉLULA VEGETAL			CÉLULA ANIMAL
-          Núcleo -          Nucléolo -          Poros nucleares -          RER -          REL -          Citoesqueleto	-          Peroxisomas -          Lisosomas -          Golgi -          Mitocondrias -          Vacuola -          Ribosomas	-          Membrana plasmática -          Citoplasma -          Cloroplastos -          Pared celular	-          Núcleo -          Nucléolo -          Poros nucleares -          RER -          REL	-          Citoesqueleto -          Peroxisomas -          Lisosomas -          Golgi -          Mitocondrias -          Vacuolas	-          Ribosomas -          Membrana plasmática -          Citoplasma -          Centriolos

 

UNIDAD 2: BIOMOLÉCULAS

AGUA:

• Constituye el 70% del peso de los seres vivos.
• Está en el interior y exterior de las células.
• Es el medio en el cual ocurren las reacciones químicas responsables del mantenimiento de la vida.
• Si bien es una molécula neutra, es una molécula polar (posee un polo positivo y otro negativo), lo que lleva a que las moléculas de agua tiendan a acercarse entre sí.
• Se unen entre ellas a través de uniones “puentes de hidrógeno” que, si bien son débiles, se mantienen mediante una fuerte atracción entre las moléculas.
• Los enlaces puente de hidrógeno permiten mantener las moléculas de agua conexionadas en el estado líquido, sólido o gaseoso, según la temperatura.
• Cuando una molécula forma puentes de hidrogeno en el agua, se disuelve en ella.
• Tanto sustancias iónicas como polares establecen puentes de hidrogeno con las moléculas de agua y son solubles (hidrofílicas). Las moléculas orgánicas no polares no pueden establecer puentes hidrógenos por lo que no son solubles (hidrofóbicas).
• Anfipáticas: el grupo carboxilo forma puentes hidrogeno con agua. La cola hidrocarbonada no polar se agrega con otras colas hidrofóbicas.

 

MACROMOLÉCULAS BIOLÓGICAS: Los seres vivos están formados por moléculas orgánicas de 4 tipos: hidratos de carbono (CHO), proteínas (CHONS), lípidos (CHO) y ácidos nucleicos (CHONP). Cada molécula orgánica tiene propiedades articular debido a grupos funcionales (conjunto de átomos presente en la cadena carbonada de un compuesto). Si una molécula presenta uno de los grupos será soluble o al menos una parte de ella; el único insoluble en agua es el grupo metilo. En el caso de las sales, como el cloruro de sodio (NaCl), al sumergirse en agua se disocian en 2 iones (catión Na­+, anión Cl-), se separan y son aglomerados por las moléculas de agua.

 

MONÓMEROS Y POLÍMEROS: Un polímero es una macromolécula formada por varias moléculas del mismo tipo, los monómeros, que, unidos unos tras otros, forman una cadena. Las uniones entre los monómeros pueden romperse quedando las moléculas libres, mecanismo llamado hidrólisis (ruptura por el agua).

 

 

 

 

 

HIDRATOS DE CARBONO

• Están compuestos por C, H y O.
• Son polialcoholes (muchos grupos oxidrilo), por lo tanto, son solubles en agua.
• Contienen grupo aldehído, o grupo cetona.
• Sus monómeros son monosacáridos y los polímeros, polisacárido.
• Es la fuente de energía principal de corto plazo, la célula lo transforma en glucosa y el resto lo transforma y almacena el ligando como glucógeno.
• Tiene función estructural en la pared celular (célula vegetal).
• Clasificación:
• Monosacáridos: solubles al agua; son los más simples, tienen de 3 a 7 átomos de carbono; aquellos que presentan un grupo aldehído se denominan aldosas y aquellas que presentan un grupo cetona se denominan cetosas. La cantidad de átomos de carbono se denomina con el sufijo -osas (triosas-3, tetraosas-4, pentosas-5, hexosas-6, heptosas-7). Dentro de las hexosas se encuentran la fructosa, glucosa y galactosa, cuya función es suministrar energía a los seres vivos, que puede utilizarse rápidamente; ingresan con el alimento y las células lo degradan. Dentro de las pentosas se encuentran la ribosa y desoxirribosa.
• Oligosacáridos: entre 3 (trisacárido) y 10 monosacáridos, no son solubles al agua. La glucosa, fructuosa o galactosa pueden unirse entredós en unión covalentes; si se unen dos monosacáridos, dan origen a disacáridos, lo cuales son solubles al agua (esta unión se da por una reacción química llamada condensación y el tipo de enlace se llama glucosídico). La sacarosa es un disacárido que proviene de la caña de azúcar y de la remolacha (Glucosa + Fructuosa); la lactosa es un disacárido de los lácteos no grasos (Galactosa + Glucosa). Los oligosacáridos están también presentes en las membranas celulares unidos a proteínas o lípidos; son cadenas cortas ramificadas formadas distinto tipos de monosacáridos y participan en la comunicación entre ellas. Las células se comunican entre si liberando sustancias químicas en forma de mensajes y otras células lo captan a partir de células receptoras.
• Polisacáridos: no son solubles al agua. Los seres vivos utilizamos monosacáridos, para degradarlos y obtener energía. Cuando dicho ser vivo posee más glucosas de los que necesita para obtener energía, los almacena para el futuro uniendo las moléculas entre si, formando polímeros. En las plantas es almidón, que está formado por dos polímeros, la amilosa (forma helicoidal, como si fuera un resorte, pero plano) y la amilopectina (forma ramificada, una especie de escalera en la que en cada escalón se le van agregando cada vez más glucosas), que se almacenan en unas estructuras celulares llamadas amiloplastos. En lo animales es el glucógeno (ramificado, pero no como la amilopectina, por tener más ramificaciones), que se almacena en el hígado (células hepáticas) y en los músculos. Ambos se forman de la molécula de glucosa.
• Celulosa: está formado por glucosa y es lineal, pero sus uniones (entre monómeros) no son iguales, por lo que no tienen las mismas propiedades que la amilopectina. No es posible romper los enlaces de celulosa para su digestión para el hombre, si en animales como los herbívoros. La función de la celulosa es estructural, forma parte de las paredes celulares de las células vegetales, que le brindan protección y sostén a la misma. Es el polisacárido más abundante del planeta.
• Quitina: es un polisacárido lineal, formado por el monómero N-acetil-glucosamina (glucosa modificada). Su función es estructural, le da resistencia a la pared celular de los hongos y constituye el exoesqueleto de crustáceos, moluscos e insectos.

 

LÍPIDOS

• Formados por C, H y O, y pueden ser insolubles en agua o anfipáticos y solubles en solventes orgánicos.
• Funciones: influyen en la rigidez y fluidez de la membrana plasmática y organelas, son fuente de energía a mediano plazo, aislantes contra el frío, y forman parte de la estructura de algunas vitaminas y hormonas
• ÁCIDOS GRASOS: tienen una cadena hidrocarbonada junto a un grupo carboxilo en su extremo, cuya longitud varía entre 14 y 22 carbonos unidos ente si mediante enlaces simples (saturados, sólidos a T ambiente) o dobles/triples (insaturados, líquidos a T ambiente). Los ácidos son anfipáticos porque el grupo carboxilo es polar y la cola carbonada es hidrofóbica (cuanto mayor sea, menos soluble será). Forman parte de moléculas de mayor tamaño como los fosfolípidos que forman parte de las membranas biológicas. En agua forman micelas que consiste en agruparse de tal modo que evitan que las colas hidrofóbicas estén en contacto con el agua mientras que las cabezas hidrofílicas las protegen poniéndose en contacto con el agua (superficie soluble, interior insoluble).

Grupo fosfato

• ACILGLICÉRIDOS: los triglicéridos son el conjunto de grasas y aceites formado por una molécula de glicerol (3 carbonos con un oxhidrilo en cada uno) más 3 ácidos grasos. El triglicérido es sólido si los ácidos grasos son de cadena larga o con pocos enlaces dobles; de lo contrario serán líquidos. Los triglicéridos son lípidos que almacenan la energía de los ácidos grasos. Para ello, se hidrolizan los ácidos grasos del glicerol, y la célula los degrada para obtener la energía. Los acilglicéridos son las moléculas formadas por glicerol y ácidos grasos. El enlace por el que se unen los oxhidrilos del glicerol y el grupo carboxilo de los ácidos grasos se llama unión éster (reacción de condensación que genera moléculas de agua). Los acilglicéridos pueden ser mono, di, o triglicéridos según el número de ácidos grasos que posea. Son aceites los triglicéridos con ácidos grasos (predominan el doble enlace); son grasas los triglicéridos con ácidos grasos saturados.

A.G. saturado(recto)

A.G. no saturado

glicerol

FOSFOLÍPIDOS: formados por la unión de un glicerol a dos ácidos grasos y un ácido fosfórico, pueden unirse a una molécula polar (compuesto nitrogenado). Son moléculas anfipáticas porque el grupo fosfato es polar y en una solución acuosa miran hacia el agua, y los ácidos grasos (hidrofóbicos no polares) rechazan el agua. En agua, forman bicapas de fosfolípidos que pueden unirse por sus extremos y formar vesículas cerradas (forman parte de las membranas plasmáticas).

• CERAS: macromoléculas formadas por alcoholes de gran número de carbonos, unidos a ácidos grasos de cadena larga. A temperatura ambiente son sólidas e insolubles en agua.
• ESTEROIDES: presentan una estructura básica de 5 anillos carbonados llamada ciclopentanoperhidrofenonteno y difieren entre sí según los grupos de átomos que se unan a esa ella. No hay una función específica para los esteroides, cumplen diferentes funciones, pueden ser lípidos de membrana (colesterol, junto con los fosfolípidos en las membranas celulares de los animales); de hormonas, como la testosterona (masculina) y la progesterona (femenina); o de vitaminas (como la D).

 

PROTEÍNAS

• Macromoléculas más abundantes de las células, son el 50% del peso seco.
• Funciones:
• Estructural: dentro y fuera de las células uniéndolas entre sí (tejidos, colágeno, queratina, elastina, músculos, parte de la matriz ósea, tendones, etc.).
• Enzimas: aceleran y regulan reacciones químicas, que consisten en fabricar y degradar moléculas.
• Protectora: actúan como anticuerpos, reconociendo, uniéndose y destruyendo antígenos (los inactivan), como, por ejemplo, la inmunoglobulina.
• Coagulación sanguínea: trombina y fibrinógeno.
• Transporte de sustancias: hemoglobina transporta O₂ y CO₂ por la sangre; mioglobina transporta O₂ en el tejido muscular; y la seroalbúmina transporta ácidos grasos en la sangre.
• Bombas: permiten el intercambio de iones, aminoácidos, monosacáridos, agua; a través de la membrana.
• Hormonal: actúan como mensajeros químicos a través de la sangre, como por ejemplo la insulina que da la señal para que la célula incorpore glucosa.
• Contráctil: forman parte de las fibras musculares (la actina y miosina).
• Toxicidad: algunas pueden ser toxinas para ciertas células de otros organismos (toxina colérica).

Estructura general de  un aminoácido

• AMINOÁCIDOS: son los monómeros de las proteínas. Formados por un grupo amino, un grupo carboxilo, y una cadena carbonada, de la cual dependen los distintos aminoácidos que existen (“grupo R”). Los grupos carboxilos y amino son solubles en agua, mientras que el grupo R puede ser polar o no; esto genera que los aminoácidos sean polares o no polares (según si R es soluble en agua o no).
• Las células sintetizan las proteínas en los ribosomas uniendo aminoácidos entre sí. Si estos provienen de los alimentos, se hidrolizan e el tubo digestivo y los aminoácidos libres van a la sangre y a las células (aminoácidos esenciales).
• Existen 20 tipos de aminoácidos:
• Aminoácidos hidrofóbicos o no polares: grupos R no polares (leucina).
• Aminoácidos polares:
• sin carga: grupos funcionales polares en sus grupos R (tirosina).
• con carga: presentan en sus grupos R cargas netas positivas o negativas (arginina).
• Unión entre aminoácidos: para formar polímeros, los aminoácidos se unen entre sí a través de un enlace llamado unión peptídica mediante la unión de un grupo amino de un aminoácido y el grupo carboxilo de otro. La reacción química de la que resulta esto es la condensación, porque se forma una molécula de agua. Una cadena de aminoácidos puede ser dipéptido (2 aminoácidos), tripéptido (3 aminoácidos), tetrapéptido (4 aminoácidos); los de mayor longitud son los polipéptidos.
• ESTRUCTURA DE LAS PROTEÍNAS: las cadenas polipeptídicas se pliegan y adquieren una estructura tridimensional que se denomina conformación (ordenamiento espacial de los átomos que la conforman), según estas las proteínas se dividen en fibrosas (forman estructuras fibrosas y resistentes), o globulares (adquieren forma globular). Según la manera en que se pliegan hay distintos tipos de estructuras con distintas funciones:
• Estructura primaria: es el orden o secuencia de aminoácidos que la componen. Está formado por una parte que se repite regularmente (esqueleto carbonado) y los restos laterales de los aminoácidos interaccionan haciendo que el polipéptido se pliegue formando una estructura ordenada y estable.

Hélice

Hoja plegada

• Estructura secundaria: los átomos pueden establecer uniones puentes de hidrogeno entre si, generando el plegamiento de la molécula. El plegamiento puede ser de alfa-hélice o beta-lamina (hoja plegada). En una misma cadena puede haber sectores con un tipo de plegamiento, otros con otro y otros con ninguno (disposición al azar).

Hélice plegada en estructura terciaria

• Estructura terciaria: cuando las cadenas polipeptídicas esta plegada (estructura secundaria), los grupos R delos aminoácidos interactúan entre sí y con el medio, los cuales interactúan mediante uniones puente hidrogeno, puente disulfuro (cuando los aminoácidos tienen átomos de azufre en su cadena R) y por atracción/repulsión entre as cargas de los grupos R, evitando que la cadena sea lineal.
• Estructura cuaternaria: en las proteínas compuestas por más de una cadena polipeptídica se asocian como estructuras terciarias o subunidades. estas pueden ser iguales, similar o distintas y sus uniones son débiles como interacciones hidrofóbicas, puentes de hidrogeno, salinas y Van der Wals
• El plegamiento de las cadenas depende de la última instancia de su estructura primaria, porque es una consecuencia de la interacción entre los grupos R y dan origen a distintos plegamientos, distintas conformaciones y distintas funciones.
• La función de la proteína depende de su plegamiento. Para que la proteína funcione normalmente debe tener determinada forma, si esta se altera puede ser que funcione defectuosamente, que funcione mejor o que no funcione (esto se debe a la alteración en la secuencia de aminoácidos). La secuencia de aminoácidos depende de la información genética y los cambios en ella (mutaciones) provocaran cambios en las proteínas.
• Desnaturalización e hidrólisis: Una proteína se desnaturaliza cuando cambia su conformación por algún factor externo (temperatura, cambio en el pH, agentes químicos), que causan que se rompan las interacciones y se cambie la forma de la proteína (sin perder la estructura primaria). Si la proteína esta desnaturalizada no tendrá actividad biológica. La hidrólisis es la ruptura de las uniones peptídicas, por lo tanto, se pierde la estructura primaria.
• MIOGLOBINA: se ubica en los músculos, glóbulos conjugados; estructura terciaria, mayor afinidad al O₂, no es alostérica. Toma el O₂ en sangre y lo almacena en los músculos; no deja que el O₂ se reduzca y lo libera de acuerdo con las necesidades de los tejidos.
• HEMOGLOBINA: estructura cuaternaria, está dentro de los glóbulos rojos; proteína globular conjugada, su afinidad por el O₂ se ve afectada por alteraciones del medio (es alostérica). Transporta gases (O₂ de pulmones a tejidos y el CO₂ de tejidos a pulmones), regula el pH en sangre.

ÁCIDOS NUCLÉICOS

• Moléculas formadas por C, H, O, N y P.
• Son polímeros monómeros son los nucleótidos. Existen dos tipos, el ADN (ácido desoxirribonucleico) y el ARN (ácido ribonucleico).
• El ADN se encuentra en el núcleo de las células eucariotas y libre en las células procariotas. Se encarga de almacenar la información genética que determina las características de un individuo y será transmitida de generación en generación.
• El ARN posee tres variedades que cumplen funciones diferentes dentro de la síntesis de proteínas llevada a cabo en los ribosomas. Estos son el ARNm (mensajero), ARNr (ribosomal) y ARNt (de transferencia).
• Nucleótidos: es una molécula formada por una pentosa (azúcar de 5 carbonos), un grupo fosfato y una base nitrogenada.

Estructura básica de nucleótido de ADN o ARN

• Tanto el ADN como el ARN están formados por pentosas, azúcar de 5 carbonos, un grupo fosfato y una base nitrogenada. La diferencia está en que la pentosa del ADN es la desoxirribosa y la pentosa del ARN es la ribosa.

Desoxirribosa

Ribosa

• Existen 5 bases nitrogenadas que se agrupan en dos grupos según la cantidad de anillos que estas poseen. Están las bases púricas (formadas por dos anillos) que son la adenina (A) y la guanina (G); y las bases pirimídicas (formadas por un anillo) que son la tiamina (T), la citosina (C) y el uracilo (U). El ADN contiene A, T, G, C y el ARN contiene A, U, G, C.
• Nomenclatura y función de los nucleótidos:
  • Cuando están libres pueden tener más de un grupo fosfato. Si presentan una adenina y un fosfato es adenosín mono fosfato (AMP); si tiene 2 fosfatos es adenosín di fosfato (ADP); y si tiene tres fosfatos es adenosín tri fosfato (ATP). Es igual para todos los nucleótidos. Solo cambia el nombre dela base (si es guanina, es guanosín…). Si solo hay un azúcar unido a lavase nitrogenada (sin fosfatos), la molécula se denomina nucleósido.
  • Dentro de sus funciones se encuentran: polimerizarse para formar los ácidos nucleicos; transportar energía dentro de la célula y suministrarla donde la requiera (intermediarios energéticos). Esto último es posible ya que las uniones entre los fosfatos tienen elevada energía química y, cuando se hidrolizan, la liberan, para luego las células utilizarla para sintetizar las moléculas orgánicas, desplazarse, etc. (esta energía es suministrada por el ATP y a veces el GTP)
• Unión entre nucleótidos: se unen a través de sus grupos fosfato del carbono 5 de la pentosa de un nucleótido en el oxígeno del carbono 3 de la pentosa de otro. El enlace covalente entre el fosfato con ambas pentosas es fosfodiéster. Uno de los extremos de la cadena tiene el fosfato del C5’ libre y el otro extremo tiene el oxhidrilo de C3’ libre. Su secuencia de bases se escribe es 5’ →3’.

Molécula de ADN

• ADN: está formada por dobles hebras/cadenas/esqueleto, se dice que es una doble hélice porque estas adoptan una estructura helicoidal. Estas hebras se unen entre sí a través de sus bases nitrogenadas mediante enlaces puente de hidrógeno. La A se une con la T y la C se une con la G (en el interior). El exterior se forma de azucares y grupos fosfatos. Son antiparalelas entre sí, lo que quiere decir que una corre en sentido 5’ → 3’ y la otra en sentido 3’ → 5’.

	Representaciones de la molécula de ADN

 

 

• ARN: tiene una sola cadena-hélice uracilo en lugar de timina. La complejidad de sus bases es como el ADN, solo que la adenina se une al uracilo. Los tipos de ARN son:
• ARNm: porta la información (del ADN) para la síntesis de proteínas.
• ARNr: principal componente de los ribosomas, que son el lugar donde ocurre la síntesis proteica.
• ARNt: transporta aminoácidos al ribosoma para la formar el enlace peptídico.

 

ASOCIACIONES DE BIOMOLÉCULAS: Complejos Macromoleculares

GLUCOPROTEÍNAS Y GLUCOLÍPIDOS

• Complejos formados por la unión covalente de oligosacáridos a una proteína o a un lípido.
• Están presentes en la membrana de las células, donde los oligosacáridos (los cuales suelen participar en reacciones de reconocimiento y comunicación celular) miran hacia el exterior.
• Las células se comunican entre sí liberando sustancias químicas, (que pueden viajar por la sangre o difundir por el espacio extracelular) y luego ser reconocidas por otras células. Según cual sea esta señal, la célula receptora de la señal adoptará una determinada respuesta. Las moléculas encargadas de este reconocimiento se denominan receptores, y contienen oligosacáridos que participan en dicha función.

LIPOPROTEÍNAS

• Complejos formados por lípidos y proteínas.
• Estos complejos transportan lípidos por la sangre hacia las células de un órgano a otro.
• Por ejemplo: lipoproteínas LDL y HDL que transportan colesterol, que se obtiene con la dieta y se fabrica en las células del hígado, que se exporta y distribuye a las células del cuerpo por la LDL. La HDL, en cambio, llevan exceso de colesterol al hígado para degradarlo y excretarlo; el hígado nivela y controla el nivel de colesterol en sangre a través de la captación de LDL en receptores de las membranas celulares. Si estas no funcionan, el hígado sigue sintetizando y exportando colesterol y comienzan a bloqueárselas arterias.

RIBOSOMAS

• Son estructuras citoplasmáticas no rodeadas por membranas, donde se produce la síntesis de proteínas (tanto en células eucariontes como procariontes)
• Los ribosomas eucariontes son más grandes que los procariontes; éstas 2 células también difieren en la cantidad y tipo de ARN y proteínas.
• Presentan subunidades, una mayor y una menor, formadas por varias cadenas polipeptídicas y moléculas de ARNr ensambladas.

 

ENERGÍA Y METABOLISMO:

El metabolismo es el conjunto de transformaciones químicas y energéticas, que posibilita la vida. Esto ocurre dentro de las células de manera ordenada posibilitando la elaboración de moléculas y estructuras. Se necesita un flujo constante de energía a través de los seres vivos y de la biosfera, porque su energía lumínica es transformada en química por organismos productores de la cual parte de ella, es transferida a organismos consumidores y degradadores. La energía es la capacidad de realizar trabajo o producir un cambio; puede estar almacenada o liberada en forma de calor y ser transformada una en otra. Hay distintos tipos:

• Energía cinética: Es la que posee un cuerpo por estar en movimiento
• Energía potencial: Es la capacidad que posee un cuerpo para realizar un cambio o trabajo según la posición en que se encuentre.
• Energía eléctrica: Es la energía almacenada en cuerpos con carga eléctrica y liberada a través del flujo de electrones (corriente eléctrica).
• Energía sonora: Es la energía asociada a la propagación del sonido por de ondas mecánicas.
• Energía Lumínica: Es la energía radiante que se manifiesta en forma de luz (de fuentes naturales o artificiales) que se propaga por medio de ondas electromagnéticas.

La termodinámica es la ciencia que analiza las transformaciones de la energía.

• Primera ley de la Termodinámica: “La energía puede convertirse de una forma a otra, pero no puede ser creada ni destruida”. En cualquier sistema la energía total permanece constante a pesar de las transformaciones que ocurran. Es decir, no se crea ni se destruye energía, sino que se transforma. En una reacción química, la energía de los productos de la reacción, más la energía liberada de la reacción misma es igual a la energía inicial de las sustancias que reaccionan.
• Segunda ley de la Termodinámica: “En toda conversión energética, la energía potencial final siempre es menor que la energía potencial inicial, siempre y cuando no se quite ni suministre energía extra al sistema que se estudia.” No es posible transformar en trabajo útil toda la energía involucrada en un cambio, porque parte de esa energía pasa al ambiente como calor y es irrecuperable para poder realizar un trabajo. Todo cambio espontáneo ocurre simultáneamente con un aumento del desorden molecular y se disipa calor. Este desorden se denomina entropía o energía inútil.

La segunda ley no se contradice con la primera, ya que la energía total del universo no disminuye con el tiempo. Lo que ocurre es que la energía se convierte en un movimiento molecular desordenado aleatorio.

Las reacciones metabólicas pueden ser:

• Catabólicas (oxidación, pierden e-): reacciones de degradación de moléculas complejas (HdeC, prot, líp) en otras más simples (como el CO₂). Estas moléculas complejas poseen mucha energía que es liberada con su degradación por esto se las llama exergónicas.
• Anabólicas (reducción, ganan e-): reacciones de síntesis o formación de moléculas más complejas (HdeC, prot, líp) a partir de otras más simples (como el CO₂). Estas reacciones requieren energía, por lo cual se denominan endergónicas

ACOPLAMIENTO ENERGÉTICO: las reacciones anabólicas y catabólicas son interdependientes o complementarias: las anabólicas se realizan con parte de la energía liberada por las catabólicas, es decir, están acopladas mediante de una molécula intermediaria: el ATP (adenosín-tri-fosfato).

Molécula de ATP

El ATP toma la energía de las reacciones catabólicas que se desprende, la transporta en sus enlaces de alta energía y las pone en las reacciones anabólicas, desprendiéndose de un grupo fosfato. Se transforma, entonces, en ADP (adenosín-di-fosfato) más un fosfato inorgánico liberado.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ENERGÍA EN LAS REACCIONES QUÍMICAS

Las reacciones ocurren junto a la transferencia de calor hacia el entorno. Las reacciones en que se disipa calor al ambiente se llaman exotérmicas y son equivalentes a las ya mencionadas reacciones exergónicas. Aquellas en las que hay absorción de calor, se denominan endotérmicas y equivalen a las endergónicas. Cada reacción química ocurre a una determinada velocidad en una cierta unidad de tiempo. Para iniciar una reacción, es necesaria una cierta absorción de energía por parte de los reactivos, que se llama energía de activación (Ea). Modificando esta energía en seres inorgánicos, puede acelerar la reacción. En el caso de las sustancias reaccionantes, se denomina Energía Inicial (Ei), y, en el caso de los productos, Energía Final (Ef). En las reacciones exergónicas se libera energía, por lo que la Ef del sistema es menor que la Ei. En las reacciones endergónicas hay un suministro de energía y, por lo tanto, la Ef es mayor que la Ei.

 

 

 

ENZIMAS

En las células, las reacciones químicas son muy rápidas; ocurren en minutos o en segundos, a temperaturas que no suelen sobrepasar los 45 ºC. Todo esto es posible debido a la presencia de las enzimas: moléculas proteicas que catalizan (aceleran) las reacciones bioquímicas y regulan el metabolismo. Estas reducen la energía de activación requerida para modificar los enlaces de las moléculas reaccionantes.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

	Las enzimas se designan añadiendo el sufijo -asa al nombre del sustrato cuya transformación catalizan. Por ejemplo, la ureasa cataliza la hidrólisis de la urea.

 

 

 

 

 

Reacción enzimática:

• En las reacciones anabólicas las enzimas pueden reconocer más de un sustrato específico a través de su sitio activo, catalizando la formación de un producto más complejo que los reactivos.

 

 

• Las reacciones catabólicas son catalizadas por enzimas hidrolíticas que actúan incorporando una molécula de agua que rompe un enlace químico, obteniendo como producto moléculas más simples.

 

 

• Los sitios activos se localizan sobre la superficie de las moléculas enzimáticas. La forma en que se unen enzima y sustrato se explica mediante dos modelos: el Modelo Llave-Cerradura, que propone que los sitios activos de las enzimas son como cerraduras de estructura fija, mientras que los sustratos son como llaves que encajan perfectamente en ellas (total complementariedad entre el sitio activo de la enzima y el sustrato); y el Modelo de Encaje Inducido, que propone que cuando un sustrato se combina con una enzima, pueden inducirse cambios en la forma de la molécula enzimática (ya que los sitios activos no serían rígidos como una cerradura) para que estos se puedan unirse.

 

Cinética enzimática(actividad):

• Se caracteriza por la saturación del sustrato.
• La velocidad inicial de la reacción es casi proporcional a la concentración del sustrato (zona 1 de la curva).
• A medida que la concentración de sustrato aumenta, la velocidad inicial de la reacción disminuye y deja de ser proporcional a la concentración de sustrato (zona 2).
• Con un aumento posterior de la concentración del sustrato, la velocidad de la reacción llega a ser esencialmente independiente de la concentración de sustrato y se aproxima a una velocidad constante (zona 3).
• El valor conocido KM representa la concentración de sustrato correspondiente a la mitad de la velocidad máxima de la enzima. El KM indica el grado de afinidad de ésta por su sustrato; en otras palabras, qué tanto sustrato necesita una enzima para actuar a una velocidad media.

 

Sistemas multienzimáticos:

• Las enzimas son las unidades catalíticas del metabolismo. Actúan de modo secuencial, catalizando reacciones consecutivas conectadas por intermediarios comunes, de modo que, el producto de la primera enzima es el sustrato del siguiente.
• Los sistemas enzimáticos pueden comprender desde 2 hasta 20 o más enzimas actuando en una secuencia. Estas reacciones implican transferencia enzimática de átomos de hidrógeno, de moléculas de agua o de unidades funcionales específicas como grupos amino, acetilo, fosfato, metilo, carboxilo, etc.
• En sistemas sencillos, las enzimas individuales están disueltas en el citoplasma como moléculas independientes, no asociadas unas con otras. Los intermediarios son moléculas menores que las de enzimas y poseen velocidades de difusión elevadas, se difunden muy rápidamente desde una molécula enzimática a la siguiente.

Modificaciones de la actividad enzimática:

• Las enzimas actúan mejor cuando se encuentran en llamadas condiciones óptimas, como ser una temperatura apropiada, determinado pH (grado de acidez de una solución acuosa), una cierta concentración de sales, etc. Cualquier variación de esas condiciones afecta la actividad enzimática.
• Efecto de la temperatura: las enzimas suelen desactivarse a altas temperaturas, y tienen muy poca o nula actividad cuando las temperaturas son muy bajas. Las velocidades de reacción tienden a incrementarse cuando se eleva la temperatura, dentro de ciertos límites, ya que por encima de los 50 o 60 ºC la actividad se pierde. Sin embargo, ciertas bacterias pueden soportar 100 ºC.
• Efecto del pH: Las enzimas poseen un pH característico al cual su actividad es máxima, y si se modifica, afecta a la actividad enzimática. El pH óptimo de una enzima no es necesariamente el pH de su entorno intracelular. Esto sugiere que la relación pH-actividad normal puede constituir un factor de control intracelular de su actividad.

 

Inhibición enzimática:

• Es la reducción parcial o total de la capacidad catalítica causada por agentes químicos llamados inhibidores.
• Inhibición competitiva: El inhibidor (semejante a la del sustrato) se acoplan al sitio activo, pero como no puede sustituir por completo al sustrato la enzima no puede catalizar su transformación a productos de reacción. El inhibidor competitivo puede ocupar el sitio activo por un tiempo o producir una unión permanente (puede evitarse por un simple aumento en la concentración del sustrato).

Inhibición no competitiva: el inhibidor se fija a la enzima en un sitio que no es el activo y cancelan la actividad de la enzima al modificar su conformación. Estos pueden desactivar permanentemente o destruir la enzima. Muchos venenos son inhibidores irreversibles. Por ejemplo, la enzima citocromo oxidasa, una de las enzimas del sistema de transporte de electrones del mecanismo de respiración celular, es muy susceptible al cianuro, de modo que, si ingresa al organismo, este la puede inhibir irreversiblemente. Las enzimas por sí mismas pueden inhibir si se introducen en un compartimiento inadecuado del cuerpo.

 

Efecto alostérico: Puede ocurrir una inhibición, inhibición feed-back o por producto final, que ocurre cuando un producto final se coloca con una enzima situada al comienzo de la secuencia o muy próxima a él. La enzima es inhibida se llama enzima alostérica. Poseen, además del sitio activo, el sitio alostérico al que se enlaza de modo reversible y no covalente una efector o modulador.  Algunos moduladores, son inhibidores, y por ello se les denomina moduladores inhibidores o negativos. Otras enzimas alostéricas pueden tener moduladores positivos o estimuladores. Estas enzimas pueden tener más de un modulador, que se une a un centro específico (son polivalentes).

Los moduladores modifican la afinidad de la enzima por el sustrato, y por lo tanto la velocidad de la reacción, con enzimas alostéricas se pueden regular las velocidades de las reacciones metabólicas de acuerdo con las necesidades de las células.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Coenzimas y Cofactores: La actividad de algunas enzimas depende de otros componentes no proteicos para ejercer su función. Éstos pueden ser cofactores, si son iones metálicos, como el Mg++, Mn++, Fe++, o ser una molécula orgánica, llamada coenzima. El cofactor metálico puede actuar como puente entre sustrato y la enzima, o como agente estabilizante de la conformación de la proteína enzimática en su forma catalíticamente activa. En algunas enzimas, el componente metálico posee una actividad catalítica primaria, incrementada a su vez por la proteína enzimática. Las coenzimas suelen tener, como parte de su estructura, una molécula de alguna de las vitaminas; que son vitales para la función de todas las células, y deben figurar en la alimentación de los heterótrofos. Son intermediarios en el transporte de grupos funcionales, de átomos específicos o de electrones transferidos durante la reacción enzimática. Los nucleótidos como el NAD y el FAD actúan como coenzimas en la respiración celular y la fotosíntesis; o la Vitamina C, que actúa como coenzima durante la síntesis del colágeno.

 

Enzimas y Compartimentalización Celular: En las células eucariontes, las distintas enzimas y los sistemas multienzimáticos están localizados en distintos compartimientos, organelas o estructuras celulares. La compartimentalización de los sistemas enzimáticos permite también el control y la integración de algunas actividades intracelulares.

 

BIOMEMBRANAS

• La membrana plasmática es el límite entre la célula y su entorno, controla el ingreso y salida de sustancias. Presenta permeabilidad selectiva, esto es, facilita el pasaje de ciertas sustancias y bloquea el paso de otras.
• Las “membranas biológicas” incluyen tanto a la membrana plasmática de toda célula, como al sistema de endomembranas de las células eucariotas. El metabolismo celular requiere precisión en el accionar coordinado de todas las enzimas que en él intervienen. Para que esta organización funcione correctamente, las enzimas deben estar presentes en el momento preciso y en el sitio adecuado. Las membranas proveen la base estructural para este ordenamiento metabólico.
• El “modelo del mosaico fluido” (postulado por Singer y Nicolson) se basa en bicapas de lípidos como la base de la membrana, las proteínas pueden penetrar hacia el interior e incluso atravesar por completo la bicapa, y pueden presentar diversos glúcidos asociados. Además, destaca que las membranas son fluidas, dinámicas y sus componentes son móviles con disposición asimétrica.

 

Generalidades de la membrana:

• Son estructuras lipoproteicas (proteínas y lípidos que se unen por interacciones débiles) y sus componentes se integran por una estructura laminar.
• Presenta permeabilidad selectiva: regula la composición del espacio que rodea.
• Las membranas plasmáticas de las células eucariontes tienen también un papel en el reconocimiento célula-célula, en el mantenimiento de la forma celular, en la locomoción celular, y es el punto de acción de muchas hormonas y reguladores metabólicos.

 

Funciones de la membrana:

• Barreras selectivamente permeables: impiden el pasaje libre de materiales entre compartimientos celulares, en el caso de las endomembranas, o entre la célula y el medio que la rodea, en el caso de la membrana plasmática. A su vez median la comunicación entre espacios.
• Compartimentalización: la membrana plasmática delimita el contenido de la célula, en cambio la membrana nuclear y citoplasmáticas forman compartimientos dentro de la célula, donde ocurren reacciones químicas específicas.
• Transporte de partículas: transportan sustancias de un lado al otro de las mismas (acumular nutrientes, azúcares y aminoácidos); separa iones y establece gradientes iónicos.
• Interacción entre células: media las interacciones entre las células y permite a las células reconocerse entre sí.
• Soporte de enzimas: la estructura de las membranas permite mantener ordenados los sistemas multienzimáticos, aumentando la eficiencia de las reacciones.
• Anclaje del citoesqueleto: los componentes del mismo se unen a la membrana, participando del mantenimiento de la forma y la motilidad celular.

 

Composición de las biomembranas:

• Lípidos de membrana: poseen una función estructural, son anfipáticas, tienen un extremo hidrofílico o polar y otro hidrofóbico o no polar, y en medio acuoso forman las bicapas. Tienen 3 componentes:
• FOSFOLÍPIDOS: tienen una cabeza polar constituida por un grupo fosfato unido un residuo de colina, etanolamina, serina o inositol y a un glicerol. Unida a esta cabeza, hay dos colas hidrofóbicas, que son, cada una de ellas, un ácido graso. Las bicapas pueden autoensamblarse como liposomas. La bicapa lipídica, al tener el interior hidrocarbonado, impide el pasaje de la mayoría de las moléculas biológicas polares (azúcares, aminoácidos, proteínas, ácidos nucleicos) y de iones. Los lípidos de la bicapa tienen la fluidez de un aceite, permitiendo a los fosfolípidos cambiar sus sitios dentro de una monocapa (difusión lateral) o intercambio de moléculas lipídicas entre monocapas opuestas ("flip-flop" o difusión transversal). Si las cadenas hidrocarbonadas son cortas, menor es la interacción entre ellas, y mayor número de dobles enlaces, lo que le da mayor fluidez de la membrana y menor temperatura de fusión. En cambio, si son más largas, menor es la fluidez y mayor es la temperatura de fusión. La estabilidad de las bicapas lipídicas está dada por: uniones débiles, no covalentes, y fuerzas electrostáticas y puentes de hidrógeno entre las cabezas polares de los fosfolípidos y el medio acuoso. La composición de la mezcla de fosfolípidos de una bicapa difiere de la otra (asimetría lipídica).
• COLESTEROL: es una molécula grande, constituida por cuatro anillos de carbono unidos entre sí, más un grupo hidroxilo. Solo está presente en las membranas de las células eucariontes animales. Se orienta con su extremo hidrofílico pequeño hacia la superficie externa de la bicapa y todo el resto de su estructura entre las colas de los ácidos grasos. El colesterol regula la fluidez, aumenta la estabilidad mecánica de la bicapa y presentan mayor fluidez en el interior de la bicapa (impide que las cadenas hidrocarbonadas se junten y cristalicen).
• GLUCOLÍPIDOS: tienen la cabeza polar está constituida por residuos de glúcidos. Colaboran en la asimetría de la membrana al encontrarse sólo en la mitad externa de la bicapa. Se supone que colaboran en la comunicación celular (receptores). Difieren entre individuos de distintas especies y de una misma especie. Por ejemplo, en las bacterias y plantas casi todos los glucolípidos derivan del glicerol; en las células animales, derivan casi siempre de la esfingosina. En las membranas celulares encontramos glucolípidos neutros, como por ejemplo el galactocerebrósido (glucolípidos más simples y rodea al axón de la neurona). Los gangliósidos, glucolípidos más complejos, contienen oligosacáridos como cabeza polar y se localizan en las membranas plasmáticas de las neuronas.
• Proteínas de membrana: tienen funciones estructurales, de reconocimiento/receptores, de transporte, o enzimáticas. Pueden distinguirse 2 clases de proteínas en las membranas:
• INTEGRALES O INTRÍNSECAS: se encuentran insertadas dentro de la bicapa lipídica. Poseen regiones hidrofóbicas que interaccionan y otras hidrofílicas (proteínas transmembrana). Algunas proteínas, unidas en dímeros o tetrámeros, forman canales u orificios en la membrana que permiten el transporte de moléculas polares; otro grupo actúa como receptores, fijando ciertas moléculas. Existen algunas proteínas integrales formadas por 6 subunidades agrupadas en hexágonos, llamadas GAP JUNCTION (uniones comunicantes), que permiten a dos células comunicarse entre sí. Las proteínas transmembrana están dispuestas de manera asimétrica y colaboran en la fluidez de la membrana debido a que presentan movimientos de difusión lateral y rotación.
• PERIFÉRICAS O EXTRÍNSECAS: se hallan expuestas sólo al medio acuoso en un lado de la bicapa (disposición asimétrica) y pueden estar ancladas a la membrana mediante interacciones no covalentes con proteínas transmembrana o unidas covalentemente a fosfolípidos de una de las monocapas.
• Glúcidos de la membrana: se encuentran en la superficie de todas las células eucariontes. Los carbohidratos forman cadenas de oligosacáridos unidos covalentemente a proteínas de membrana (glucoproteínas) y a lípidos (glucolípidos). Los oligosacáridos se encuentran solo en las superficies no citoplasmáticas. La superficie celular, rica en carbohidratos, se denomina glucocálix. Los oligosacáridos se unen a los aminoácidos de las proteínas. La glucoforina es una glucoproteína presente en la membrana de los eritrocitos humanos, con extremos cargados negativamente para evitar formar grumos cuando circulan a través de los vasos sanguíneos delgados.

 

Transporte de sustancias a través de la membrana:

La permeabilidad selectiva se basa en la polaridad, tamaño y grado de concentración de las sustancias que atraviesan la membrana. La presencia de un interior hidrofóbico en la bicapa lipídica la hace impermeable a la mayoría de las moléculas polares. La permeabilidad selectiva permite mantener un medio intracelular diferente al extracelular. La célula debe absorber nutrientes y excretar los productos residuales, para lo cual posee distintos mecanismos de transporte.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

TRANSPORTE PASIVO: movimiento de partículas desde un lugar en que se encuentran más concentradas hacia donde se hallan menos concentradas, a favor de un gradiente de concentración (esto es una difusión). El movimiento es espontáneo, por lo cual no requiere aporte de energía, y se realiza hasta que las partículas queden uniformemente distribuidas. Cuanto mayor es la diferencia de concentraciones, mayor será la velocidad de difusión.

DIFUSIÓN SIMPLE: pasaje de soluto a favor del gradiente de concentración, sin gasto energético; la molécula que atraviesa la membrana no tiene carga eléctrica e hidrofóbicas; es no saturable, es decir no existe límite en la cantidad de moléculas que pueden ser transportadas; y pasan moléculas pequeñas de poco peso como gases (O₂ o CO₂) y lípidos.

ÓSMOSIS: pasaje de agua desde un compartimiento a otro, separados por una membrana que sólo permite el pasaje de solvente, pero no de solutos. El pasaje de agua se va a realizar desde el compartimiento que tenga la solución más diluida (mayor proporción de agua, menos solutos), hacia el compartimiento con la solución más concentrada (menor proporción de agua, más solutos). Las partículas en solución acuosa ejercen una presión extra sobre las paredes celulares: la presión osmótica. La presión ejercida por las moléculas de agua que rodean al soluto es mayor que la ejercida por el solvente solo. El pasaje de agua desde las soluciones más diluidas (hipotónicas) hacia las más concentradas (hipertónicas) tiene como fin reducir la presión osmótica. Esto determina la existencia de dos soluciones isotónicas, entre las cuales no hay un pasaje neto de agua. Podemos decir que el pasaje de agua se produce siempre desde el compartimiento de menor presión osmótica, al de mayor presión osmótica, hasta que las presiones se igualen.

DIFUSIÓN FACILITADA: no requiere aporte de energía e involucra a proteínas de membrana, que pueden ser proteínas canal (es a favor del gradiente electroquímico) o proteínas transportadoras o carrier (a favor del gradiente de concentración). La membrana plasmática presenta una diferencia en la distribución de cargas a ambos lados de la misma. La cara interior es negativa respecto de la exterior; por esto, los cationes entrarán más fácilmente que los aniones. Las proteínas canal son proteínas integrales transmembrana que poseen un canal hidrofílico, son selectivos y solo permiten el paso de un tipo particular de ión. Además, son bidireccionales y permiten un flujo neto del ión dependiendo del gradiente electroquímico. La mayor parte de los canales iónicos pueden tener conformación abierta o cerrada, a modo de compuerta. La abertura de la compuerta depende del canal en particular. Existen dos categorías principales: canales regulados por voltaje, en la que su conformación abierta o cerrada depende del gradiente eléctrico a través de la membrana; y canales regulados por ligandos, cuyo estado de conformación depende de la unión de una sustancia química particular.

La difusión facilitada mediada por carrier tiene las siguientes características: los solutos transportables son sustancias polares (como la glucosa), cambio conformacional que permite el pasaje de la molécula, la unión carrier-molécula es de alta afinidad, específica y reversible, es saturable, su velocidad máxima es cuando la proteína transportadora está saturada, puede producirse la inhibición competitiva (ya que dos moléculas de estructura similar, pueden competir por la unión al mismo carrier) o la inhibición no competitiva (cuando una molécula se une al carrier, en un sitio distinto del sitio de unión, y le cambia la conformación al transportador, interfiriendo con el transporte).

TRANSPORTE ACTIVO: pasaje de solutos desde el medio en que encuentran menos concentrados hacia donde su concentración es mayor, es decir en contra del gradiente de concentración. Gasta energía (gasta ATP).

SISTEMAS PRIMARIOS

Bombas: realizan el transporte activo de sustancias a través de proteínas con función enzimática. Son ATPasas o Adenosín-trifosfatasas, que son enzimas de membrana que transportan iones, en contra de gradiente de concentración, consumiendo ATP.

Un ejemplo de las bombas es la bomba sodio-potasio. Na+-K+ ATPasas: la bomba genera un gradiente de potencial eléctrico debido al desigual número de cationes transportados a través de la membrana celular. De esta forma quedan más cargas positivas en el exterior, contribuyendo al mantenimiento del volumen celular y a la generación de impulsos nerviosos en las células nerviosas.se modifica la forma de la proteína.  Se encuentran en la membrana plasmática de las células eucariontes. Bombean tres iones de Na+ hacia el exterior y dos iones de potasio hacia el interior celular por cada ATP consumido.

SISTEMAS SECUNDARIOS

Cotransporte: La energía para este mecanismo de transporte es la del gradiente electroquímico; la trasferencia de solutos a través de la membrana se realiza mediante proteínas de transporte, y la transferencia de un soluto depende de la transferencia de otro soluto. Según la dirección de transferencia de ambos solutos se diferencian en Simporte o transporte unidireccional y Antiporte o Contratransporte.

• Simporte o transporte unidireccional: Ambos solutos se transportan en el mismo sentido. Una de las moléculas lo hace a favor del gradiente de concentración y la otra en contra. No hay gasto directo de energía, aunque implica un gasto energético en otra parte de la célula.
• Antiporte o contratransporte: Dos moléculas atraviesan la membrana simultáneamente en diferente sentido; una se mueve a favor del gradiente de concentración y la otra en contra.

TRANSPORTE EN MASA: transporte partículas de gran tamaño. Implica la formación de vacuolas, por donde las moléculas se mueven, y están constituidas por porciones de la membrana plasmática. Es un proceso endergónico, es decir que necesita gastar continuamente GTP y ATP. Existen dos tipos básicos de transporte en masa:

Endocitosis: incorpora elementos dentro de la célula; las sustancias se contactan con ciertas regiones de la membrana plasmática, ésta se invagina y se estrangula formando una vesícula, que engloba a la partícula para transportarla al interior celular. Según el tamaño de la partícula a incorporar se pueden diferenciar distintos tipos de endocitosis:

• Si se trata de grandes partículas, el proceso se denomina fagocitosis o “comida de la célula”. En la fagocitosis la célula emite pliegues de la membrana plasmática rodeando a la partícula, y forman una vacuola (fagosoma), que se desprende de la membrana plasmática hacia el interior de la célula.
• Cuando la endocitosis comprende la incorporación de líquidos o solutos pequeños en fase acuosa, que son ingeridos mediante pequeñas vesículas, se denomina pinocitosis o “bebida de la célula”.
• En un tercer tipo, la endocitosis mediada por receptor, proteínas o partículas extracelulares especificas se unen a proteínas receptoras. Los pasos son:
• Los ligandos se unen a los receptores de membrana.
• Los receptores se desplazan y agrupan en invaginaciones de la membrana.
• Se forma una vesícula endocítica con el complejo ligando-receptor en su interior.
• La vesícula se divide en dos: una con los receptores, se fusiona con la membrana plasmática y los receptores se restituyen en ella. La otra vesícula se fusiona con el lisosoma, que degrada al ligando.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Exocitosis: es un proceso de secreción, exactamente inverso al de endocitosis. Los desechos que se liberan son transportados por pequeñas vesículas que se fusionan con la membrana plasmática para verter su producto en el medio externo.

 

RECEPTORES

Los receptores son glicoproteínas presentes en las membranas biológicas, cuya función es el reconocimiento de sustancias. Las características generales que presenta un receptor son las siguientes:

• Especificidad: significa que el receptor puede unirse en forma efectiva a solo un ligando.
• Afinidad: tiene tendencia a unirse al ligando, debido a sus características químicas.
• Reversibilidad: la unión hormona-receptor es "reversible", ya que es una unión de reconocimiento mutuo.

Por endocitosis, pueden ingresar también virus que logran conocer ciertos receptores celulares en diferentes tipos de células.

COMUNICACIÓN CELULAR: en los organismos pluricelulares, esta comunicación es necesaria para la coordinación de las funciones de las distintas partes del cuerpo, ya que las actividades que realiza una célula dependen de las que realicen otras. Las células se comunican por medio de señales químicas; libera una sustancia que le transmite información a otra célula. Los pasos del proceso de comunicación celular, en forma más detallada, consiste en las siguientes etapas:

• Una célula inductora libera una sustancia que estimulará a otra célula (célula blanco). Esta sustancia, que actúa como señal química, se denomina ligando.
• La célula blanco reconoce la señal química mediante proteínas receptoras que se unen al ligando.
• La información de la señal reconocida en la membrana se transfiere al citoplasma.
• Ya dentro del citoplasma, la señal se transmite a otras proteínas que interactúan entre sí, hasta activar a una proteína que desencadenará una respuesta por parte de la célula, que puede ser variada síntesis de una proteína, activación de la división celular, migración de la célula, activación de enzimas, inducir a la que la célula muera, etc.
• Cese de la respuesta, como resultado de la destrucción o inactivación de las moléculas emisora de señales, ya sea el ligando u otra proteína.

El proceso por el cual la señal se transmite desde el exterior hacia el interior de la célula, se denomina transducción de señal, ya que el estímulo recibido en la superficie de la célula es diferente de la señal liberada en el interior de la misma. Una vez que el ligando se une al receptor, pueden ocurrir distintos procesos, dependiendo del tipo de receptor. Podemos distinguir dos tipos de receptores de membrana, que los asociados a proteínas G y los receptores con actividad enzimática y finalmente, receptores citoplasmáticos.

 

PARED CELULAR VEGETAL

Está pared está formada por fibras de celulosa englobadas en una matriz, compuesta por los polisacáridos, hemicelulosa y pectina, junto con glucoproteínas. Las fibras y las moléculas de la matriz están unidas por enlaces covalentes y no covalentes. La pared celular tiene funciones de protección, esqueléticas, y de transporte. Cada célula está rodeada por una pared celular; permanecen conectadas entre sí por puentes citoplasmáticos, revestidos de membrana plasmática, denominados "plasmodesmos". Estos permiten el tránsito de pequeñas moléculas de una célula a otra. Además, los fluidos y gases se infiltran por las paredes vegetales. La estructura entrecruzada de la pared restringe el intercambio de macromoléculas entre las células y su medio. Permite a las células sobrevivir en un medio hipotónico con respecto al interior celular, puesto que la célula podrá hincharse solo hasta los límites de la pared. Esta presión contra la pared mantiene a la célula en equilibrio osmótico, lo cual impide la entrada adicional de agua.

 

COMPOSICION DEL CITOPLASMA

• CITOSOL: constituye la porción soluble del citoplasma. Está formado por agua, una alta concentración de proteínas, compuestos orgánicos y sales inorgánicas. En el citosol se desarrollan todas las reacciones conocidas como Metabolismo intermedio, las cuales incluyen la degradación citoplasmática de la glucosa (glucólisis), la síntesis de azúcares, ácidos grasos, nucleótidos y algunos aminoácidos. Además, en el citosol se realiza la síntesis de algunas proteínas, donde actúan ribosomas libres y moléculas de ARN mensajero. Los ribosomas están formados por dos subunidades que brindan el espacio para la síntesis proteica y las enzimas que catalizan este proceso. En la mayoría de las células se pueden observar polisomas (conjuntos de ribosomas) que se adhieren a la misma molécula de ARN mensajero, sintetizando muchas copias de la misma proteína.
• CITOESQUELETO: está formado por filamentos de estructura proteica; tiene funciones relacionadas con la forma celular, la ubicación o reubicación de organelas y el transporte de moléculas en el citoplasma. El citoesqueleto está formado por tres tipos de componentes: microfilamentos, microtúbulos y filamentos intermedios. Los dos primeros se forman de la unión de proteínas globulares, mientras que el último está compuesto por proteínas fibrosas.
• Microfilamentos: Están compuestos por dos tipos de filamentos proteicos: la actina (formados por la asociación de dos proteínas globulares) y la miosina (presentan una porción helicoidal y dos cabezas que contienen proteínas globulares). Estas interactúan entre si formando puentes, y producen, en última instancia, la contracción muscular. Este mecanismo requiere el aporte de energía del ATP, dado que las cabezas pueden rotar, al adherirse a la actina, este movimiento produce un desplazamiento de la actina. Así, las cabezas de miosina se unen temporalmente a los filamentos de actina (esta unión consume ATP) y la “arrastran”, produciendo la contracción muscular.
• Microtúbulos: están formados por un tipo de proteína globular llamada tubulina. Son los componentes estructurales de cilios, flagelos, cuerpos basales y centríolos. Estos intervienen en la forma celular y la distribución de su contenido, y da rigidez a las prolongaciones citoplasmáticas; a través de cilios y flagelos, intervienen en el desplazamiento de la célula y forman canales intracelulares que guían el desplazamiento de macromoléculas hacia sitios específicos del citoplasma. Los cilios y flagelos están compuestos por un eje central o axonema, donde los microtúbulos se disponen en nueve pares periféricos y un par central. Cada uno de los nueve pares periféricos está formado por dos subunidades (A y B), dos brazos de dineína y un eslabón radial. Los microtúbulos centrales se hallan inmersos en la matriz central. Los brazos de dineína pueden desplazarse (con gasto de energía) y alcanzar el doblete adyacente, produciendo el movimiento del axonema. Los cuerpos basales y centríolos son cilindros cortos. Los cuerpos basales son el sitio de anclaje de cilios y flagelos, y están compuestos por nueve tripletes de microtúbulos. Existen dos centríolos en cada célula, relacionados con los procesos de división celular (Mitosis y Meiosis) y la formación del huso acromático que dirige los cromosomas hacia los polos de la célula. También intervienen en la organización del citoesqueleto.
• Filamentos intermedios: están formados por distintas proteínas fibrosas, las cuales determinan numerosas y complejas funciones.

 

CORRIENTES CITOPLASMATICAS – CICLÓSIS: son los movimientos del citoplasma. Pueden considerarse dos regiones dentro del citoplasma: el endoplasma (representa la región central de la célula, más fluida); y el ectoplasma (zona periférica, más viscosa). En protozoos, como por ejemplo la Ameba, se observa que cuando se produce la emisión de pseudópodos (pseudo= falso, podo= pie), el endoplasma se desplaza en dirección a la prolongación. En este proceso, el ectoplasma parece volverse más fluido, y el endoplasma pasa a ser más viscoso. A estos cambios desde un estado más fluido (sol) a un estado más viscoso (gel), se los conoce como transiciones sol-gel.

 

ENDOMEMBRANAS/SISTEMA VACUOLAR CITOPLASMÁTICO: solo se encuentran presentes en las células eucariotas, más precisamente, en el citoplasma de estas mismas. Permiten el intercambio de sustancias entre organelas y células. Integrado por: REG, REL, aparato de Golgi, y membrana nuclear, los cuales tienen una conexión estructural y funcional.

Envoltura Nuclear: está formada por una bicapa, con sus membranas interna y externa dos membranas separadas por un espacio perinuclear. En su superficie eterna tiene poros que funcionan como únicas vías de comunicación entre el núcleo y el citoplasma, permitiendo el intercambio de macromoléculas. Los poros se asocian a proteínas para formar el complejo del poro.

Retículo endoplasmático: separa compartimientos intracelulares y actúan en la síntesis de macromoléculas. Se distinguen el REG, asociado a ribosomas y formado por sacos (cisternas), y el REL, sin ribosomas y formado por túbulos alargados. Se puede considerar al retículo endoplasmático como una fábrica de membranas, capaz de sintetizar lípidos y proteínas para exportarlas a otros sitios de la célula o hacia el exterior.

RER: muy desarrollado encellas que intervienen en la síntesis y secreción de proteínas, tienen ribosomas, y una composición proteica (riboforina), que sostienen y fijan ribosomas uniéndose a su subunidad mayor. Las proteínas son sintetizadas tanto en ribosomas libres como en el REG, para lo que deben atravesar la barrera hidrofóbica de esta membrana. El proceso por el cual las proteínas sintetizadas atraviesan la membrana e ingresan hacia el REG se conoce como descarga vectorial, y consiste en la transferencia de una cadena polipeptídica desde el citoplasma hacia la luz del REG, a través de su membrana (con gasto de energía). Estas proteínas tienen un aminoácido extra en su extremo amino-terminal (secuencia líder) y actúa como una señal (péptido), esta señal es reconocida y transportada (por proteínas especiales) hasta un receptor de membrana del REG. Esta unión se estabiliza por medio de la riboforina, que forma un complejo ribosoma-REG que dirige al ribosoma hacia la membrana del REG. Esta secuencia contiene aminoácidos hidrofóbicos, lo cual facilita su ingreso a través de la membrana. Una vez que el polipéptido en crecimiento ingresa hacia la luz del retículo, esta secuencia se elimina a través de enzimas específicas (proteasas). Las proteínas sintetizadas en el REG son diferentes a las sintetizadas en los ribosomas libres del citoplasma. Una diferencia importante es que las primeras son glucosiladas, es decir, se les agrega una cadena de oligosacáridos antes de ser secretadas o transportadas hacia el sistema de Golgi, los lisosomas o la membrana plasmática. Este proceso se realiza mediante una enzima que se encuentra asociada a la membrana del REG y que tiene su sitio activo expuesto hacia la luz del retículo; así, se obtienen glucoproteínas que serán nuevamente procesadas en Golgi.

REL: una de las funciones más importantes es la síntesis de lípidos, ya que posee las enzimas necesarias para esto en la membrana del REL, en especial de fosfolípidos y colesterol (NO de ácidos grasos). Otra función es la detoxificación, por tener enzimas capaces inactivar drogas y otros compuestos peligrosos para la célula. Uno de los ejemplos mejor estudiados es el de la enzima citocromo P450, que agrega grupos oxhidrilo a toxinas hidrofóbicas para que as sean solubles en agua y puedan eliminarse.

Aparato de Golgi: compuesto de múltiples cisternas (vesículas aplanadas). En células vegetales está formado por numerosas unidades superpuestas llamadas dictiosomas. Posee dos caras: una, llamada Cis o de formación, y otra, orientada hacia la membrana plasmática (presenta vesículas secretoras), denominada Trans. Golgi es el principal distribuidor de macromoléculas en la célula; manda a las moléculas orgánicas a los compartimentos: primero las etiqueta (determina donde va cada compuesto); luego las empaqueta (rodea de vesículas a los componentes de igual estructura que se dirigen al mismo compartimiento), para después distribuirlas; finalmente, repone su membrana que se fusiona con la membrana plasmática. Tiene dos mecanismos de secreción: uno continuo, donde el producto que se fabrica se exocita casi inmediatamente; y una secreción regulada donde concentran y almacenan grandes cantidades de uno o unos pocos productos en vesículas excretoras, hasta que recibe una señal específica y os exocita. Se dice que el aparato de Golgi genera el primer lisosoma de la célula.

ORGANELAS CITOPLASMÁTICAS

LISOSOMAS: el “sistema digestivo” de la célula. Los lisosomas son sacos membranosos cuya principal función es controlar la digestión intracelular de macromoléculas. Son capaces de degradar proteínas, nucleótidos, glúcidos y lípidos. Todas ellas tienen actividad catalítica a pHs ácidos (alrededor de 5), lo que aseguraría su inactivación en caso de ocurrir un derrame en el citoplasma, que posee un pH básico. Poseen una bomba que permite bombear protones para mantener el pH ácido en su interior. Existen dos tipos básicos de lisosomas:

• Lisosomas primarios: “se desprenden de Golgi”; enzima hidrolítica más enzima que todavía no contienen el sustrato a degradar.
• Lisosomas secundarios: enzimas hidrolíticas más sustrato que se están degradando; son sacos membranosos que contienen los sustratos que serán hidrolizados. También se los llama vacuolas digestivas (si provienen de la fagocitosis), o vacuolas autofágicas (si intervienen en la degradación de membranas u organelas celulares).

Luego de la fagocitosis se forma una vacuola fagocítica o fagosoma que se une a un lisosoma primario para iniciar la digestión intracelular. Esta unión determina la formación de un lisosoma secundario (también llamado vacuola digestiva) que contiene enzimas hidrolíticas que digerirán el material incorporado. Si la digestión es incompleta, se forman cuerpos residuales, que pueden ser eliminados por procesos de exocitosis o permanecer en el citoplasma.

MITOCONDRIAS Y LA RESPIRACIÓN AERÓBICA: son organelas presentes en todas las células eucariontes. En ellas se lleva a cabo la respiración celular (obtención de ATP). Por lo tanto, aquellas células que tienen un gran requerimiento energético tienen un elevado número de mitocondrias. Poseen una membrana externa y una interna que se pliega formando las crestas, en el espacio interior delimitado por la membrana interna se encuentra la matriz mitocondrial. En células con alta actividad metabólica las crestas ocupan la mayor parte del espacio. La matriz mitocondrial contiene las enzimas que catalizan el Ciclo de Krebs. En las crestas se observan citocromos y moléculas transportadoras de electrones y la enzima ATP-sintetasa. Estos constituyentes son los responsables de los procesos de la cadena de transporte de electrones.

PEROXISOMAS: son organelas presentes en las células eucariontes. Su función es la de oxidar algunos compuestos (por ejemplo, el peróxido de hidrógeno) utilizando oxígeno atmosférico (no están relacionadas a la producción de ATP). Las enzimas más comúnmente halladas son la catalasa y la urea oxidasa, que son sintetizadas en el citoplasma y presentan una señal específica (secuencia de aminoácidos) que las identifica. Esta señal es reconocida por una proteína que la traslada hasta la membrana del peroxisoma, para ingresar por el proceso de descarga vectorial. Las reacciones de oxidación producen agua oxigenada (H2O2), que puede ser utilizada por la enzima catalasa para oxidar una variedad de compuestos o para transformarlo en agua y oxígeno, para prevenir a la célula de la acumulación de un compuesto altamente oxidante. También intervienen en los procesos de degradación de los ácidos grasos, obteniéndose acetil-CoA (utilizado para vías anabólicas o catabólicas). Los peroxisomas de las células del hígado y riñón intervienen en la detoxificación de varias moléculas.

GLIOXISOMAS: organelas presentes en células vegetales; transforman los ácidos grasos en hidratos de carbono (Ciclo del Glioxilato).

VACUOLAS: vacuolas rodeadas por una única membrana y que realizan una variedad de funciones. Por ej. la vacuola de las células vegetales da soporte a la célula y también sirve como sitio de almacenamiento para desechos metabólicos.

PLÁSTIDOS: son exclusivas de células vegetales. Existen dos grupos de plástidos: los que cumplen funciones de reserva y los que contienen pigmentos. Los primeros se clasifican de acuerdo con la sustancia que almacenan (por ejemplo, los amiloplastos, que acumulan almidón,); los que contienen pigmentos se denominan cromoplastos.

CLOROPLASTOS: estas organelas se especializan en fotosíntesis. Poseen dos membranas concéntricas y un sistema de sacos, llamados tilacoides, que se agrupan en pilas (grana). Estas estructuras se hallan inmersas en una matriz. La membrana de los tilacoides contiene pigmentos capaces de absorber la energía lumínica y transformarla en energía química. El más común es la clorofila, que posee una porción hidrofóbica que se adhiere a la membrana del tilacoide y una cabeza hidrofílica con un átomo de Mg, capaz de fotoexitarse e iniciar las reacciones fotodependientes. La membrana tilacoide tiene también citocromos que transportaran electrones para las reacciones fotodependientes. En la matriz de los cloroplastos se llevan a cabo las reacciones fijadoras de dióxido de carbono o Ciclo de Calvin que conducen a la síntesis de glucosa y otros carbohidratos.

DIFERENCIACIONES CELULARES: Son estructuras exclusivas de algunas células, que indican su grado de especialización para el cumplimiento de alguna función específica por ejemplo las uniones celulares que permiten formar los tejidos. Las diferenciaciones se clasifican según su ubicación en la célula:

• Apicales: ubicadas en el extremo superior de la estructura celular.
• Laterales: ubicadas en los costados celulares. Ej.: uniones oclusivas, de anclaje, etc.
• Basales: ubicadas en la base celular.

Microvellosidades: En el intestino delgado se produce la absorción de nutrientes. Las células intestinales poseen microvellosidades que aumentan la superficie de absorción de nutrientes. La forma y volumen de las microvellosidades es mantenida por microfilamentos de actina ubicados en el interior de cada microvellosidad y, en la base de la misma, los microfilamentos se entrelazan con los microfilamentos

Uniones: entre células y entre células y proteínas de la matriz intercelular.

• Estrechas u Oclusivas Sellan el espacio intercelular para evitar el paso de sustancias por este. Ej.: entre células del epiteliales del intestino delgado.
• De Anclaje Mantienen la ubicación de las células en los tejidos y con el material extracelular o matriz. Ej.: desmosomas, etc.
• Comunicantes, Gap o Nexus Permiten el pasaje de pequeñas sustancias entre células contiguas. En los vegetales, esta función la cumplen los plasmodesmos.

 

FOTOSÍNTESIS

Hace 4500 millones de años, la Tierra fue formada por trozos de materia que chocaron y se unieron, que transformaron su energía de movimiento en calor. Las tormentas y erupciones volcánicas liberaron aún más energía sobre el planeta, pero no existían organismos que soportaran las grandes inclemencias de ese tiempo. Sin embargo, se formaron las moléculas orgánicas, ricas en energía. Su síntesis fue posible por el calor y la luz del Sol. Conforme la Tierra se enfriaba, se originaron las células vivas, que se alimentaron de moléculas orgánicas, que luego se fueron agotando y así escaseando la energía orgánica. Mediante mutaciones (cambios en la información genética) algunas células adquirieron la capacidad de atrapar la energía contenida en la luz solar. Combinaron moléculas inorgánicas simples, como dióxido de carbono y agua, en moléculas orgánicas más complejas como la glucosa. Estas células captaron una pequeña fracción de la energía solar y la almacenaron, como energía química, en sus moléculas orgánicas complejas. El proceso se denomina fotosíntesis.

La fotosíntesis ocurre en vegetales, algas y cierto tipo de bacterias. Los organismos procariontes autótrofos realizan el proceso fotosintético en una serie de pliegues de la membrana o laminillas. En las plantas terrestres el fenómeno transcurre dentro de los cloroplastos (mayormente, en las células de las hojas). En las hojas de las plantas se produce el intercambio de gases: CO2 y O2, a través de los estomas (funcionan como poros que se abren y cierran). En las especies vegetales, los cloroplastos poseen dos membranas concéntricas y un sistema de sacos, llamados tilacoides, que se agrupan en pilas, llamadas granas. A su vez, las granas se interconectan mediante lamelas, que son estructuras de membrana; todas estas estructuras se hallan inmersas en una solución acuosa conocida como estroma. La membrana de los tilacoides contiene pigmentos como la clorofila, capaces de absorber la energía lumínica y transformarla en energía química. En la matriz de los cloroplastos se llevan a cabo las reacciones fijadoras del CO2 o Ciclo de Calvin, para la síntesis de glucosa. La fotosíntesis es un conjunto de reacciones, acoplados mediante moléculas transportadoras de energía. Cada conjunto de reacciones constituye una etapa, que tiene lugar en un sitio diferente del cloroplasto.

Etapa fotoquímica o lumínica: la clorofila capta la energía solar y la convierte en química de moléculas que transportan energía (ATP y NADPH). El sol emite un amplio espectro de radiación electromagnética. La luz y los demás tipos se componen de paquetes individuales de energía (fotones), cuya energía corresponde a su longitud de onda: a menor longitud de onda, mayor energía; mientras que, si la onda es larga, será menos energético. La luz tiene longitudes de onda con energía suficiente para alterar moléculas del pigmento, pero no para dañar ADN. La luz al chocar con algo (la hoja vegetal) puede absorberse (puede calentar o intervenir en procesos biológicos), reflejarse o transmitirse (les da el color). En los cloroplastos, la clorofila capta la energía, absorbe la luz violeta, azul y rojo, y releja el verde (por eso su color). El tilacoide tiene otros pigmentos como carotenos (luz azul y verde), ficocianinas (luz verde y amarilla). Todas las longitudes pueden llevar a cabo fotosíntesis. En las membranas tilacoideas, clorofila más moléculas de pigmentos accesorios y moléculas transportadoras de electrones forman los complejos Fotosistemas, que constan de 2 partes: complejo de producción de luz, y sistema de transporte de electrones. El complejo de producción de la luz tiene 300-400 moléculas de clorofila. Se absorbe a luz y para ala clorofila A llamada centro de reacción (cerca al sistema de transporte de electrones) cuando el centro de reacción recibe energía de moléculas de antenas (pigmentos que absorben luz), uno de sus electrones salta de la clorofila al sistema de transporte de electrones y se mueven de transportados a otro. En el recorrido libera energía ATP (ADP+P) y NADPH (NADP⁺+H), esto se llama “foto fosforilación”.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

El gradiente de iones hidrógeno produce la síntesis de ATP mediante un proceso conocido como quimiosmosis dentro del tilacoide.

 

 

 

 

 

 

 

 

El fotosistema I genera NADPH: por cada fotón un electrón en la clorofila del centro de reacción, lo que implica que dos electrones están siendo eliminados por dos fotones de luz. Estos fotones “saltan” a los transportadores de electrones. La clorofila A P700 del fotosistema I obtiene, a partir del sistema de transporte de electrones del fotosistema II, el reemplazo de los electrones perdidos. Los electrones del fotosistema I se mueven hacia la molécula de NADP+, que toma dos electrones y un ión de hidrógeno (H+) formando NADPH. Ambas son moléculas hidrosolubles disueltas en el estroma del cloroplasto.

El agua mantiene el flujo de electrones por los fotosistemas: para conservar este flujo unidireccional de electrones, el centro de reacción del fotosistema II debe ser alimentado permanentemente con nuevos electrones para reemplazar los que se lleva el NADP+. Este reemplazo proviene del agua. Mediante varias reacciones el centro de reacción del fotosistema II atrae los electrones de las moléculas de agua hacia el interior del tilacoide, lo que ocasiona la fotolisis (ruptura en presencia de luz). A medida que ocurre esta fotolisis, los átomos se combinan para formar moléculas de oxígeno gaseoso.

Etapa bioquímica: la síntesis de glucosa: El ATP y el NADPH sintetizados se disuelven en el estroma. Ahí, proporcionan energía que posibilita la síntesis de glucosa a partir de dióxido de carbono y agua. La serie de reacciones que finalmente producen glucosa recibe el nombre de Ciclo de Calvin. Pueden presentarse independientemente de la luz, siempre y cuando el ATP y el NADPH estén disponibles. El ciclo de Calvin es conjunto de reacciones para captar dióxido de carbono (Ciclo del C3 ya que algunas de las moléculas tienen tres átomos de carbono). El Ciclo tiene lugar en el estroma del cloroplasto, involucrando CO proveniente de la atmósfera, un glúcido que capta CO: la ribulosa-di- fosfato (Ru-di-P). Se divide al Ciclo de Calvin en tres partes:

1. fijación de carbono: la Ru-di-P se combina con el CO atmosférico para formar un compuesto de 6 átomos de carbono. Reacciona con el agua para formar 2 moléculas de 3 carbonos de ácido fosfoglicérico (PGA), por eso el nombre C3.
2. síntesis de fosfo-gliceraldehído (PGAL): consiste en una serie de reacciones catalizadas por enzimas. Se reduce 6 moléculas de 3 PGA ganando los protones de 6NADPH y gastando GATP de la etapa lumínica. Entonces se obtienen 6 moléculas de PGAL; 5 permanecen en el ciclo y el resto son para producir glucosa.
3. regeneración de ribulosa di-fosfato: mediante reacciones que requieren la energía de 3 ATP. Se reaccionaban las 5 moléculas de 3 PGAL para obtener 3 moléculas de Ru-di-p y la reiniciación del ciclo. 2 PGAL para la glucosa.

POR CADA MOLECULA DE PGAL (3 C c/u) QUE SE LIBERA, SEFORMA UNA MOLECULA DE GLUCOSA (6 C). Posteriormente, la glucosa puede desdoblarse durante la respiración celular para dar energía, polimerizarse para formar almidón, también puede unirse para formar celulosa, etc.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

La fotosíntesis y las condiciones ambientales: necesita luz y dióxido de carbono, las reacciones lumínicas no pueden ocurrir en la oscuridad, sin un suministro de CO2, no puede ocurrir la fijación de carbonos. La hoja ideal, puede pensarse, debe tener una gran superficie para interceptar cantidades grandes de luz, y ser muy porosa para permitir que grandes cantidades de CO2 penetren la hoja. Las plantas terrestres, el ser porosas, ingresa mucho CO2 y permite que el vapor de agua se escape de la hoja, lo que causa tensión y puede ser fatal para las plantas de tierra. En muchos vegetales, cuando no hay suministros de agua, disminuyen sus estomas para no perder agua y secarse. Cuando los estomas se cierran para conservar el agua, se presenta la fotorrespiración. La enzima que cataliza la reacción de Ru-di-P con CO2 no es muy selectiva y por eso el CO2 y O2 pueden combinarse con la Ru-di-P. La reacción del O2 con Ru-di-P es el primer paso de una serie de reacciones que reciben el nombre de fotorrespiración; estas producen C02, utilizando carbono a partir de Ru-di-P. El nombre “fotorrespiración” se debe a que se utiliza 02 y se produce C02, pero no produce ninguna energía útil e impide la fijación de carbono para formar glucosa. Existen plantas que usan el sistema del C4.

El Sistema C4 de fijación del carbono: para disminuir la fotorrespiración. En las plantas adaptadas al calor y al clima seco el ciclo de fijación de carbono de dos pasos: la primera etapa forma una molécula de cuatro carbonos. Las células del mesófilo tienen una molécula de tres carbonos llamada fosfoenolpiruvato (PEP), en lugar de Ru-di-P. El CO2 reacciona con el PEP para formar una molécula de cuatro carbonos: el ácido oxalacético, que se utiliza como un disparador para transportar carbono desde el mesófilo a las células que rodean los vasos de conducción. La segunda etapa es el ciclo de Calvin donde el ácido oxalacético se desdobla, liberando CO2 y permitiendo la reacción entre CO2 y Ru-di-P fije carbono.  El resto de las moléculas regresa a las células del mesófilo donde utilizan ATP para regenerar PEP.

 

RESPIRACIÓN CELULAR

Casi todas las células pueden metabolizar moléculas orgánicas para producir ATP. Casi todos los seres vivos metabolizan glucosa para obtener energía.

Metabolismo de la glucosa: los organismos fotosintéticos almacenan la energía de la luz solar en la glucosa; al desdoblarse esa glucosa, la energía se libera y es atrapada en los enlaces de alta energía de la molécula de ATP. A partir de la ruptura de la glucosa en dióxido de carbono y agua, se produce una redox o reacción de óxido-reducción: 1 C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O + energía (se oxida la glucosa y se reduce el oxígeno gaseoso).

El ambiente y la degradación de nutrientes: depende del tipo de célula y del ambiente. Las células que están en un ambiente rico en oxígeno tienen respiración aeróbica, que degradan los nutrientes hasta convertirse en dióxido de carbono y agua. En ambientes de escaso oxígeno, se utiliza la respiración anaeróbica, que no requieren misma concentración de oxígeno (por ejemplo, las bacterias). Degrada compuestos inorgánicos. Algunos organismos, como bacterias, células de músculos de mamíferos sobre-exigidas, glóbulos rojos adultos, etc., utilizan un tercer mecanismo llamado fermentación, cuyos productos finales son sustancias orgánicas y no dióxido de carbono; se lleva a cabo en el citoplasma. La respiración aeróbica, la anaeróbica y la fermentación son vías metabólicas que involucran reacciones redox.

GLUCÓLISIS: "ruptura de la glucosa", ocurre en todos los tipos celulares; se lleva a cabo en el citoplasma todas las células (procariontes, eucariontes, autótrofas o heterótrofas). Se parte una molécula de glucosa (6 C) en dos moléculas de ácido pirúvico (3 C). Esta ruptura implica la liberación de energía química. Estas reacciones se agrupan en dos etapas: la etapa de activación de la glucosa (gasto de ATP, la molécula gana 2 P para poder partirse), y la etapa de ganancia de energía (se liberan 4 ATP por cada molécula de glucosa, previo “activar” las moléculas de 3 C con Pi, el fosfato inorgánico, no proveniente de ATP).

 

EL CICLO DE KREBS: Ciclo del Ácido Cítrico oxida de las dos terceras partes de los compuestos carbonados (glúcidos y lípidos, por ejemplo). Sus productos principales son el dióxido de carbono (C02) y las coenzimas reducidas NADH y FADH2. Los electrones transportados por estas coenzimas son utilizados para reducir una molécula de oxígeno (que forma agua) y para la producción de ATP. El ácido pirúvico, producto de la glucolisis, ingresa a la matriz mitocondrial donde sufre la pérdida de un átomo de carbono. Esta reacción está catalizada por un complejo enzimático llamado piruvato-deshidrogenasa, que oxida al ácido pirúvico y lo transforma en un compuesto de dos carbonos, el grupo acetilo. Esta reacción de oxidación está acoplada a una reducción de la coenzima NAD (que se transforma en NADH) y la unión del grupo acetilo a una coenzima transportadora, la coenzima A (CoA), formando un compuesto llamado Acetil-CoA.

Mediante un proceso llamado beta-oxidación, los ácidos grasos son convertidos en grupos acetilo que se unen a la CoA, formando el complejo Acetil-CoA, ingresando al Ciclo de Krebs para completar su total oxidación. Existe un proceso común a todos los aminoácidos llamado desaminación, en el que éstos pierden su grupo amino, quedando ácido pirúvico, Acetil-CoA o intermediarios del ciclo de Krebs. El ciclo de Krebs comienza con la unión de grupo Acetil-CoA con un compuesto de cuatro carbonos, el ácido oxalacético. En esta reacción se libera el CoA y se forma un ácido con seis átomos de carbono, el ácido cítrico. Luego sucede una serie de reacciones secuenciales donde los dos átomos de carbono, ingresados al ciclo como acetilo, son eliminados en forma de CO2 y se regenera la molécula inicial de ácido oxalacético. También se produce una molécula de GTP (guanidín tri-fosfato), a través de la fosforilación del GDP. Al igual que el ATP, el GTP es un intermediario energético, que permite tomar energía en reacciones catabólicas, o cederla en reacciones anabólicas. Se reducen las coenzimas NAD y FAD, que portarán hidrógenos, y queda NADH y FADH como resultado de oxidaciones de los compuestos intermediarios del ciclo.

 

CADENA DE TRANSPORTE DE ELECTRONES (cadena respiratoria): La producción de ATP es el resultado de una serie de reacciones metabólicas que se llevan a cabo en la membrana interna de la mitocondria y que se corresponde con dos procesos íntimamente relacionados: la cadena de transporte de electrones y la fosforilación oxidativa.

Cadena de transporte de electrones: está formada por una secuencia de más de 15 moléculas ubicadas en la membrana interna de la mitocondria. Las mismas son capaces de tomar o ceder electrones, reduciéndose y oxidándose alternativamente. Por ejemplo, los citocromos. Hay cinco citocromos diferentes que todas ellas contienen un anillo hemo, y un átomo de hierro, que puede cambiar su estado de oxidación, pasando de hierro III a hierro II, en la medida que tome o ceda un electrón. Cada molécula transportadora tiene una afinidad mayor por el electrón que la anterior. Este hecho posibilita el transporte, en forma de cascada, hacia niveles energéticos menores. El oxígeno proviene de la atmósfera. Se inicia la cadena de transporte de electrones cuando las coenzimas NADH+H+ deja sus electrones en un complejo NADH-deshidrogenasa (formado por doce cadenas polipeptídicas) y FADH2 transfieren sus hidrógenos a los aceptores, oxidándose. Los electrones pasan al oxígeno atmosférico y los protones atraviesan la membrana mitocondrial interna y son retenidos en el espacio intermembrana. La separación del hidrógeno protones y electrones. Como se describió anteriormente, y la acumulación de los protones en el espacio intermembrana provoca:

• un gradiente de concentración de protones que produce un pH diferente (más ácido que en el resto de la célula).
• un gradiente electroquímico o energía potencial, utilizado en la fosforilación del ADP para obtener ATP.

Algunos venenos se asocian al citocromo oxidasa, impidiendo el pasaje de electrones hasta el oxígeno. El resultado es el bloqueo de la cadena respiratoria, impidiendo la producción de ATP.

 

FOSFRILACIÓN OXIDATIVA: En las crestas mitocondriales se encuentra la enzima ATP-sintetasa que cataliza la síntesis de ATP y convierte la energía del gradiente electroquímico producido por la concentración de protones, en energía química, contenida en el ATP. A este proceso se lo denomina fosforilación oxidativa.

Hipótesis Quimiosmótica:

• La cadena respiratoria, en la membrana interna de la mitocondria, transporta electrones, bombeando al mismo tiempo protones desde la matriz hacia el espacio intermembrana.
• El complejo enzimático ATP-sintetasa transporta protones a través de la membrana interna, funcionando en forma reversible: puede utilizar la energía de la hidrólisis de ATP para bombear protones, o bien, los protones fluyen a través de este complejo, produciendo la síntesis de ATP.
• La membrana mitocondrial interna es impermeable a la mayoría de los aniones y cationes, especialmente H+ y OH-, y posee proteínas transportadoras específicas que permiten el ingreso y salida de metabolitos esenciales.
• La membrana externa de la mitocondria es permeable a todos los compuestos.

Eficiencia de la respiración celular:

 

 

 

 

La glucólisis produce NADH+H+ que, para volver a su estado oxidado, deben transferir sus protones y electrones ingresando a la mitocondria, en la que actúan los mismos intermediarios del Ciclo de Krebs. Así, el oxalacetato toma los protones del NADH, oxidándolo a NAD+ y convirtiéndose en malato, capaz de atravesar la membrana. En la matriz, el malato se reoxida a oxalacetato, reduciendo una molécula de NAD+ a NADH+H+ para ingresar a la cadena de transporte de electrones. El oxalacetato puede salir nuevamente de la matriz hacia el citoplasma, previa conversión en aspartato.

 

VÍAS ANAERÓBICAS: las células realizar respiración aeróbica, respiración anaeróbica y fermentación. En todos estos procesos se oxida glucosa, ácidos grasos y otros compuestos orgánicos, cuyos electrones se transfieren a la coenzima NAD+, que se reduce hasta convertirse en NADH+H+. Lo que ocurre con estos electrones difiere de una vía a otra. En la respiración aeróbica, los electrones son aceptados finalmente oxígeno molecular. Durante la respiración anaeróbica, los electrones reducen compuestos inorgánicos. En la fermentación, el aceptor final de electrones son sustancias orgánicas que, tras la adición de electrones, formarán etanol o ácido láctico. Hay, por lo tanto, fermentación alcohólica y fermentación láctica.

Tanto la respiración anaeróbica como la fermentación dependen de la glucólisis y no requieren de la presencia de oxígeno. Estos mecanismos son utilizados por células que no poseen mitocondrias (como las procariontes). Algunos hongos y células musculares de vertebrados respiran aeróbicamente y, en caso de mucha demanda de energía y escasa disponibilidad de oxígeno, recurren a la fermentación láctica. El metabolismo fermentativo es menos eficiente que el aeróbico debido a que las moléculas se oxidan en forma parcial.

Por ejemplo, las levaduras, tras la glucólisis, desprenden una molécula de C02 de la del piruvato, formándose acetaldehído, acepta los electrones del NADH y se transforma en alcohol etílico o etanol. La coenzima se oxida a NAD+, que puede reutilizarse en la degradación de más glucosa, y de esto resultan 2 ATP, que se obtuvieron durante la glucólisis. Estas reacciones anaeróbicas son la base de la producción de la cerveza, vino y bebidas alcohólicas.

Ciertas bacterias, hongos y otras células llevan a cabo la fermentación láctica, que consiste en la transformación de piruvato en lactato (forma iónica del ácido láctico) por la adición de dos hidrógenos que le transfiere el NADH+H+ formado durante la glucólisis. Este proceso es utilizado para la fabricación de productos lácteos. Para realizar el mismo trabajo que una célula aeróbica, la célula que utiliza la fermentación necesita veinte veces la cantidad de glucosa que usa aquélla. Es por ello por lo que las células musculares deben almacenar grandes cantidades de glucosa en forma de glucógeno.

 

NUDO METABÓLICO (vertebrados): Tras la ingestión, se produce, por hidrólisis enzimática, la ruptura de macromoléculas, liberándose los elementos estructurales que la componen. Este proceso se llama digestión extracelular y se realiza en el tubo digestivo. De esta forma, los polisacáridos se degradan a monosacáridos; las proteínas a aminoácidos; los lípidos a ácidos grasos y glicerol, y los ácidos nucleicos a nucleótidos. Estos productos intermedios llegan, a través de la circulación sanguínea, a las células, donde se degradan para obtener energía química. Los monosacáridos seguirán su vía catabólica hasta la producción de CO2, H2O y liberación de ATP (Ciclo de Krebs, cadena respiratoria y fosforilación oxidativa). Cuando la célula tiene exceso de ATP, la glucosa puede seguir distintas rutas metabólicas. Puede, a través de una vía anabólica, transformarse en glucógeno (polisacárido de reserva energética en tejido hepático y muscular). Cuando se agota el glucógeno, la célula puede obtener glucosa a partir de otras sustancias como el ácido láctico proveniente del metabolismo fermentativo muscular. Mientras que, en los vegetales, se forma, partir de esa glucosa, almidón. Otra vía consiste en generar, a través del ciclo de las pentosas, NADPH, que se usarán en la síntesis de ácidos nucleicos. Si disminuye el nivel de glucosa en sangre, el glucógeno se transforma nuevamente en glucosa para mantener el equilibrio.

 

Esquema del Ciclo de Krebs como Nudo Metabólico

Como se indicó anteriormente, los ácidos grasos también pueden entrar al Ciclo de Krebs luego del proceso catalítico de la beta-oxidación, para dar como productos finales C02, H20 y ATP. Algunos aminoácidos se usan, normalmente, para sintetizar proteínas, mientras que otros pierden el grupo amino (desaminación) y se transforman en una molécula a partir de la cual puede obtenerse energía, vía Ciclo de Krebs, o glucosa, vía gluconeogénesis. Dado que todos los procesos mencionados involucran tanto vías anabólicas como catabólicas y tienen en común la formación o degradación de Acetil-CoA, se atribuye al Ciclo de Krebs el carácter de “vía anfibólica”. Esto significa que el mismo puede funcionar como vía catabólica dando como productos agua, dióxido de carbono y ATP (se activa cuando se consume el exceso de ATP), o como vía anabólica produciendo Acetil-CoA, molécula precursora de glúcidos, lípidos o aminoácidos (se activa cuando hay exceso de ATP).