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Estructura atómica 
 
 

Un átomo es la menor porción de un elemento que conserva las características químicas del mismo. Está  formado por partículas subatómicas:

• Neutrones: De carga neutra, que se encuentra en el núcleo del átomo.
• Protones: De carga positiva, que se encuentra junto a los neutrones. Es decir, el núcleo del átomo en su mayor parte, tiene carga positiva.
• Electrones: Tienen carga negativa. El mayor volumen del átomo lo constituye un espacio vacío ocupado por estos. Se encuentran girando alrededor del núcleo atómico, atraídos por la carga positiva. Se mueven en espacios definidos como orbitales.

Uniones químicas 
 

Unión iónica: Se produce entre átomos donde uno gana electrones y otro los cede (no metal-metal). De este modo, resultan átomos cargado, por exceso o defecto de electrones llamados iones.

Los iones con carga positiva, se denominan cationes. Mientras que los iones con carga negativa, se denominan aniones.

La tendencia a ganar electrones en una unión química se denomina electronegatividad. La tendencia a perder electrones, se denomina electropositividad.  
 

Iones de importancia en los seres vivos:

• Na: Regula la presión osmótica celular, participa en la transmisión del impulso nervioso, actúa como cofactor enzimático.
• K: Participa en la transmisión del impulso nervioso, en la contracción muscular, actúa como cofactor enzimático.
• Mg: Forma parte de la molécula de la clorofila, actúa como cofactor enzimático
• Fe: Forma parte de la molécula de hemoglobina y mioglobina, y actúa como cofactor enzimático.
• Ca: Constitución de huesos y dientes, en la contracción muscular, la coagulación sanguínea.
• Cl: Regulación de la presión osmótica
• PO4: Constitución de huesos y dientes, participa en reacciones de transferencia de energía, y forma parte de nucleótidos, fosfolípidos, etc.
• I: Forma parte de las hormonas tiroideas.

En definitiva, los iones pueden presentar distintas funciones: Pueden tener una función plástica o estructural, catalítica (como cofactores enzimáticos) y osmótica (regulando la distribución de agua intra y extracelular)  
 

Unión covalente: Se produce entre átomos que comparten electrones, completando de esa manera su nivel energético externo (no metal-no metal). Elementos importantes: C, H, O, N. 
 

Unión covalente polar: Se produce entre átomos que comparten electrones pero donde su diferencia de electronegatividad es importante, por ejemplo, entre H y O, H y N (no metal-no metal).

No son iones. H2O, NH3.  
 
 

Moléculas orgánicas e inorgánicas 
 

Más del 99% de la constitución de las moléculas presentes en los seres vivos están formadas por sólo 6 elementos básicos: C, H, O, N, P y S. Las moléculas son más estables que los átomos individuales, ya que en los enlaces que se produce entre ellas acompaña una gran liberación de energía. 
 

Compuestos inorgánicos: Se caracterizan por estar formados por pocos átomos, no poseer más de un átomo de C, resistir temperaturas elevadas.

Isótopos: Son átomos de un mismo elemento, por lo que tienen el mismo número de protones, pero difieren el número de neutrones en el núcleo. Esta propiedad hace que tengan diferente peso atómico, y diferentes propiedades entre sí. Ejemplo: agua, dióxido de carbono, oxígeno, cloruro de sodio, fosfatos, carbonatos, etc. 
 

Compuestos orgánicos: Se caracterizan por estar formados por numerosos átomos, poseer átomos de carbono formando cadenas unidas por enlaces covalentes simples, dobles y triples, no resistir altas temperaturas. Ejemplo: hidratos de carbono, grasas, aceites, ácidos grasos, aminoácidos, proteínas, ácidos nucleicos, etc.

El C es el emenento presente en los compuestos orgánicos, por su pequeño tamaño (que le permite retener a sus electrones con fuerza), por la capacidad de formar hasta 4 enlaces covalentes con otros átomos, la capacidad de formar enlaces múltiples con otros átomos de carbono, etc. 
 

Grupos funcionales: Cuando uno o más hidrógenos de los unidos a un átomo de carbono resultan sustituidos por átomos de oxígeno, nitrógeno, oxígeno unido a hidrógeno, etc., se forman los “grupos funcionales”. Se distinguen grupos funcionales oxigenados (algunos de los átomos de hidrógeno fue sustituido por uno o más átomos de oxígeno), y grupos no oxigenados, donde el átomo principal puede ser azufre, nitrógeno o fósforo.

En general los grupos funcionales le confieren a la molécula que los porta un cierto carácter polar (O, N, S).

Las moléculas polares tienen afinidad por el agua (hidrofilia), y pueden disolverse en ella, mientras que las no polares rechazan el agua (hidrofobia) y sólo pueden disolverse en ciertos solventes orgánicos.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Niveles de organización de la materia 
 
 

• Partículas subatómicas: Neutrones, protones y electrones.
• Átomos: Formados por partículas subatómicas.
• Moléculas simples: Unión de diferentes átomos. Ej: H2O, CO2
• Moléculas complejas: Combinación de moléculas simples. Ej: glucosa, aminoácidos, ácidos grasos, nucleótidos.
• Macromoléculas: Polisacáridos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos.
• Complejos macromoleculares: Membrana plasmática, ribosomas, cromatina, virus, etc.
• Células: Corresponde a la materia viva. Constituye la menor porción anatómica y funcional de tomo ser vivo.
• Tejidos: Se forman cuando células del mismo origen se agrupan cumpliendo una función común. Ej: tejido nervioso, sangre, etc.
• Órganos: Varios tejidos, cumpliendo funciones particulares.
• Sistemas de órganos: Varios órganos en conjunto: sistema circulatorio, respiratorio, nervioso, excretor, etc.
• Individuos: A partir de los sistemas de órganos.
• Población: Conjuntos de una misma especie.
• Comunidades: Varias poblaciones asociadas.
• Ecosistemas: Interacción entre las comunidades y el medio en el que se encuentran.
• Biósfera: Gran ecosistema.

Características de los seres vivos 
 

• Están formados por células
• Provienen de otro ser vivo semejante: Proviene de una célula o de un conjunto de ellas
• Cumplen un ciclo de vida
• Son sistemas abiertos: requieren del intercambio de materia y energía con el medio que los rodea
• Metabolizan: requieren de la renovación permanente de moléculas orgánicas e inorgánicas, sus componentes están en constante intercambio con el medio.
• Responden a las señales del medio en el que se encuentran: temperatura, presión, luz, sustancias químicas: irritabilidad)
• Homeostasis: pueden mantener el medio interno relativamente constante a pesar de las variaciones del medio externo
• Formados por los mismos elementos que la materia inerte: cambian proporciones, diversidad y modo de combinación: C, H, O, N, P, S. Forman el agua, hidratos de carbono, proteínas, lípidos y ácidos nucleicos
• Pueden irse modificando a lo largo de las generaciones: grandes cambios pueden dar origen a nuevas especies.

Clasificación 
 
 
 

Agua 
 
 

Es una molécula inorgánica. Formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno, unidos por una unión covalente polar.

La fuerte polaridad de la molécula permite que estas puedan formar entre sí puentes de hidrógeno. No son uniones químicas verdaderas, pero hay una fuerte atracción electrostática producto de la diferencia de electronegatividad entre el oxígeno y el hidrógeno.

La polaridad de las moléculas permite que en el estrado líquido o sólido, cuando las moléculas de agua se encuentran lo suficientemente cercanas, los átomos de hidrógeno de una de esas moléculas se sientan fuertemente atraídos por los átomos de oxígeno de otras moléculas de agua vecinas. Estas uniones son mucho más débiles que una unión covalente. El gran número de puentes de hidrógeno que se forman, le confieren al agua una cohesión interna (fuerte atracción de sus moléculas) y gran  estabilidad.

En promedio, una molécula de agua en estado líquido puede estar unida a otras cuatro moléculas a través de puentes de hidrógeno. 
 

Propiedades: 
 
 

• Elevada tensión superficial: resultado de la fuerte cohesión entre las moléculas.
• Capacidad humectante: consecuencia de la fuerte adhesión del agua a otras moléculas (por eso moja).
• Capilaridad: resultado de la cohesión y adhesión. Así las plantas pueden transportar el agua desde las raíces hasta las hojas en los vasos conductores.
• Termorregulación: El calor como forma de energía, romperá las uniones puente de hidrógeno, vaporizándolas. Permite que la temperatura de los organismos se mantenga constante, ante cambios del medio externo.
• Solvente universal: el agua puede disolver a todo compuesto químico que sea polar como ella. Aquellos compuestos apolares no se disolverán y se dice que son hidrofóbicos.
• Menor densidad del hielo: permite que el hielo flote
• Regulador del equilibrio ácido-base: el agua actúa como regulador de la cantidad o concentración de H  en solución, valor que se mide a través del pH. El pH se mide en una escala de 0 a 14. Ácidos, neutros y básicos.

Biomoléculas 
 
 

En general son macromoléculas. Su peso molecular es elevado. Hidratos de carbono, proteínas, lípidos y ácidos nucleicos. 
 
 
 

Hidratos de carbono 
 
 

Son también denominados glúcidos, carbohidratos, azúcares o sacáridos. Están unidos entre sí por uniones glicosídicas.

Polihidroxialdehidos o cetonas significa que son compuestos con varias funciones –OH y una función principal (aldehído-cetona).

En estos compuestos podrán estar presentes desde 3 carbonos hasta miles de ellos.

Biológicamente, se absorben en el intestino sin necesidad de digestión previa, por lo que son una fuente muy rápida de energía. Los azúcares más complejos (disacáridos y polisacáridos) deben ser transformados en azucares más sencillos (monosacáridos) para ser asimilados

Además de C, están formados por H y O. cuya fórmula general es Cn(H2O)n donde el “n” representa el número de átomos. Si “n” está entre 3 y 7 estamose n presencia de los carbohidratos denominados monosacáridos. Si dos monosacáridos se unen por medio de uniones glucosídicas, hablamos de disacáridos. Si se unen de a 3 a 10, hablamos de oligosacáridos. Si la cantidad supera la decena, son polisacáridos. 
 
 

Monosacáridos: Son solubles en agua. Sem los clasifica por el número de átomos de carbono que posean: triosas, terrosas, pentosas, hexosas y heptosas.

Cuando la cadena es de 5 o más carbonos, la estructura de los carbohidratos puede ser lineal o en forma de anillos. Si están polimerizados (“unidos”), siempre van a estar en forma de anillos.

La función de los monosacáridos consiste en aportar energía rápidamente a los procesos metabólicos, formar parte de moléculas mayores, actuar como intermediarios metabólicos, etc. Ejemplos: glucosa, fructosa, galactosa. 
 
 
 
 
 
 

Disacáridos: Formados por dos monosacáridos que pueden ser iguales o distintos unidos por enlaces glicosídicos. Está unión representa una condensación ya que se pierde una molécula de agua. Por el contrario, cuando un disacárido se rompe, la ruptura del enlace se produce con agregado de agua y se denomina hidrólisis. La función general es rendir energía en procesos metabólicos. Es una fuente de energía y tiene función estructural. Ejemplos: maltosa, sacarosa, lactosa, celobiosa. 
 
 

Polisacáridos: Son carbohidratos que al ser hidrolizados rinden 10 a más unidades de monosacáridos que pueden ser iguales (homopolisacáridos) o encontrarse combinados con monosacáridos derivados (heteropolisacáridos).  
 
 

Homopolisacáridos: podemos nombrar el almidón. El glucógeno y la celulosa. Los dos primeros con función de reserva energética y el último con función estructural. El almidón es insoluble en agua. Miles de glucosas unidas por enlaces glucosídicos. El glucógeno, formado por glucosa constituye la reserva de energía en animales. La celulosa es un polisacárido de sostén o estructural. Insoluble en agua. 
 
 

Heteropolisacáridos: A veces pueden encontrarse combinados con proteínas y lípidos formando glicoproteínas y glicolípidos. Su función es mayormente estructural.

Ejemplos: Ácido hialurónico, ácido condroitinsulfato, heparina, quitina, agar, peptidoglucanos o mureína. 
 
 

Los azúcares en el hombre: El principal azúcar que circula en la sangre es la glucosa. A veces la presencia de glucosa en la orina (glucosuria) puede ser consecuencia de exceso de azúcar en la sangre o deficiencia de su reabsorción en riñón. El nivel de azúcar en la sangre, que siempre se mantiene constante y se denomina glucemia, es regulado por hormonas; el exceso de glucosa en sangre es desviado al hígado y músculos como glucógeno o transformado en grasas.

En la enfermedad llamada diabetes mellitas falta esta regulación hormonal; no entra el azúcar a las células, entonces aumenta el azúcar en sangre y se elimina mucha orina dulce. 
 
 
 
 
 
 
 

Proteínas 
 

Son las más abundantes de los seres vivos. Son polímeros de aminoácidos. Un polímero es una macromolécula formada por estructuras menores llamadas monómeros, unidas por enlaces químicos diferentes según de qué monómeros se trate. En este caso, los manómetros son aminoácidos.

Un aminoácido es una molécula formada por C, H, O, N y en algunos casos S. Su forma general es así:

          COOH

               |

H2N------C------H

               |

              R 
 

COOH es un ácido. R representa un resto que está formado por más de un C y puede ser lineal, ramificado o en forma de anillo. Puede ser polar o no polar; neutro, ácido o básico.

Justamente en la diferencia del grupo R radica la variedad de los aminoácidos, que en la naturaleza pueden llegar a 20 aminoácidos distintos. 
 

Enlace peptídico: Es una reacción de condensación (con pérdida de una molécula de agua) entre el grupo carboxilo de un aminoácido y el grupo amino del aminoácido siguiente. Se forma un dipéptido (unión de dos aminoácidos) y una molécula de agua. Así pueden seguir uniéndose aminoácidos formando un polímero. Si se polimerizan entre 3 y 10 aminoácidos se obtiene un oligopéptido, y más de 10, un polipéptido.

Así como las proteínas se unen por enlaces peptídicos, se separan por hidrólisis.

Los aminoácidos son la única fuente de nitrógeno para los animales. 
 

Estructura proteica: Cuando varios aminoácidos se polimerizan dando un polipéptido, se forma una cadena línea que varía según el orden en que los aminoácidos se encuentren finidos. Esta secuencia es específica de cada proteína y se conoce como estructura primaria.

Cuando el polímero lineal adopta una disposición espacial regular y periódica en su cadena principal, se dice que tiene estructura secundaria. Esta se verá estabilizada por uniones puente de hidrógeno o uniones disulfuro si hay cisteínas (aminoácido) vecinas y puede presentarse en dos formas distintas:

• Alfa hélice: estructura muy estable porque los H libres del NHH interaccionan con el O del COOH siguiente o de aminoácidos vecinos confiriendo una gran estabilidad a esta estructura, ya que puede realizar un número máximo de uniones puente de H
• Beta conformación o de hoja plegada: la cadena polipeptídica está casi totalmente extendida en forma de zig-zag y los puentes de H que la mantienen se forman entre cadenas polipeptídicas diferentes o entre segmentos alejados de una misma cadena.

Cuando aminoácidos que se encuentran alejados en la secuencia lineal interaccionan entre sí, la disposición espacial puede adquirir una conformación más o menos globular, característica de la estructura terciaria, Ka cadena se pliega, predominan las interacciones hidrofóbicas que hacen que los R no polares que agrupen protegidos del agua en el interior de la molécula y los R polares queden expuestos. Intervienen además, los puentes de H e interacciones Van Der Waals. Si bien esta estructura resulta estable, no se debe pensar como algo rígido, ya que la conformación puede modificarse ligeramente al unirse la proteína a algún compuesto como en el caso de la unión enzima sustrato o de las proteínas plasmáticas.

Algunas proteínas pueden estar formadas por más de un polipéptido que pueden unirse entre sí por uniones covalentes o no covalente (puente de H): estas proteínas son denominadas oligoméricas. Cada subunidad polipeptídica es un monómero. Esta proteína presenta estructura cuaternaria, como por ejemplo en la hemoglobina.

Tanto las estructuras secundarias, terciarias y cuaternarias se encuentran unidas por interacciones débiles (puente de H, hidrofóbicas, Van der Waals). Cuando las condiciones de la solución (pH, temperatura, agitación violenta, fuerza iónica) cambian, estas uniones débiles pueden romperse con la consiguiente pérdida de su conformación espacial. Se dice que la proteína se ha desnaturalizado. Sin embargo, la estructura primaria se mantiene, y no se pierde la unión entre aminoácidos. Esto se debe a que las uniones peptídicas son uniones fuertes, covalentes y se necesita mucha energía para romperlas.  
 

Las proteínas en el hombre y en la clínica: 
 

Pueden aparecer proteínas en orina en valores muy elevados en enfermedades cardíacas, renales, envenenamiento, etc. La proteína más abundante en la orina suele ser la albúmina.

El número de proteínas puede estar disminuido en los casos de quemaduras extensas, hemorragias, etc.

La secuencia de aminoácidos es el nexo de unción entre el mensaje genético del ADN y la función biológica de la proteína. Una o más alteraciones en la secuencia de aminoácidos de una proteína puede reflejarse en una función anormal, es decir, enfermedad, como por ejemplo la anemia falsiforme. 
 

Clasificación de las proteínas: 
 

Según la conformación de las moléculas

• Fibrosas: se hallan constituidas por cadenas polipeptídicas ordenadas a lo largo de un eje formando fibras o láminas largas. Son resistentes e insolubles en agua. Son los elementos estructurales del tejido conjuntivo de anormales superiores.
• Globulares: están constituidas por cadenas polipeptídicas plegadas estrechamente de modo que adoptan formas esféricas, son solubles en soluciones acuosas, como las enzimas, anticuerpos, albúmina, hemoglobina y mioglobina.
• Mixtas o intermedias: son largas como las proteínas fibrosas y solubles como las globulares.

Según el número de cadenas polipeptídicas

• Monoméricas: presentan una sola cadena polipeptídica, como la mioglobina
• Oligoméricas: presentan dos o más cadenas, como la hemoglobina

Según su composición química

• Simples: son las que por hidrólisis rinden sólo aminoácidos
• Conjugadas: por hidrólisis producen aminoácidos, otros compuestos orgánicos y algunos inorgánicos

Según la función que cumplan

• Función estructural: como la protección externa y la constitución de estructuras internas como la membrana plasmática, colágeno, elastina, proteínas de membrana plasmática, queratina, etc.
• Función dinámica: de transporte, defensa, motriz, control metabólico, transcripción genética, catálisis, etc.

Análisis de algunas proteínas 
 

• Oxitocina: actúa sobre los músculos lisos del útero produciendo las contracciones pre-parto y estimulando la secreción de leche.
• Vasopresina: actúa aumentando la presión arterial por reabsorción de agua por el riñón. La deficiencia trae diabetes insípida con formación de orina muy diluida.
• Adenocorticotrofina: estimula el crecimiento y la actividad metabólica de la corteza suprarrenal.
• Hemoglobina: cuatro cadenas asociadas en forma no covalente; cada cadena lleva un grupo no proteico llamado hemo y además un átomo de hierro que es el encargado de transportar el oxígeno y el dióxido de carbono.
• Mioglobina: formada por una sola cadena, con un grupo hemo capaz de oxigenarse y desoxigenarse. Almacena el oxígeno y lo lleva a las mitocondrias.
• Queratina: son proteínas insolubles. Constituyen piel, pelo, uñas, lana, etc.
• Colágeno: proteína fibrosa. Es el principal componente fibroso de la piel, huesos, tendones, cartílagos, vasos sanguíneos y dientes. Se distingue por formar fibras insolubles en agua de gran resistencia mecánica.

Lípidos 
 

Son insolubles en agua y solventes polares. Son las únicas biomoléculas que no forman polímeros.

Se los puede clasificar según la relación que tengan con los ácidos grasos: 
 

• Ácidos grasos y derivados: Los ácidos grasos están formados por C, H y O. Poseen una larga cadena de C unidos por enlaces simples y/o dobles que pueden variar de 12 a 24 C (siempre par) y una función –COOH en el C terminal. No se disuelven en agua. La función es proveer energía a través de su combustión y también formar parte de moléculas más complejas. Presentan una parte polar y una parte no polar. Se agrupan de modo que exponen al agua sus gripos polares ocultando las cadenas carbonadas o no polares, formando en solución acuosa estructuras denominadas micelas.
• Lípidos que contienen ácidos grasos en su estructura: lípidos más comunes: grasas, aceites, ceras, fosfolípidos y glicolípidos. Las grasas y aceites son las más abundantes. Están formados por un alcohol de 3C y 1, 2, o 3 ácidos grasos. El grupo –OH del glicerol forma una unión éster con el grupo –COOH del carboxilo. Es una reacción de condensación que ocurre con pérdida de una molécula de agua. Si son sólidos a temperatura ambiente son grasas (cadenas carbonadas largas y enlaces saturados); si son líquidos son aceites (cadenas carbonadas cortas y enlaces insaturados). La función de las grasas es constituir una reserva energética que puede movilizarse en caso de necesidad; aislante térmico en mamífero; protegen órganos vitales. Los aceites almacenan energía en semillas y frutos. Las ceras son ésteres de un ácido graso con un alcohol de cadena larga. A temperatura ambiente resultan sólidos insolubles en agua. Su función es protectora. Los fosfolípidos son lípidos complejos formados por glicerol, dos ácidos grasos y ácido fosfórico. Tienen en su molécula una parte polar y una no polar: moléculas antipáticas. Forman membranas biológicas. En medio acuoso los fosfolípidos forman bicapas, ocultando sus colas hidrofóbicas y exponiendo sus cabezas hidrofílicas. La función es estructural.
• Lípidos no relacionados con ácidos grasos: Están derivados todos de un compuesto de cinco C denominado isopreno, que van surgiendo por sucesivas transformaciones y condensaciones. Según el número de subunidades de isopreno podemos clasificarlos en: Terpenos: simples, vitamina A, E y K. Carotenos: muy comunes en vegetales. Esteroides: complejos, formados por 4 anillos unidos constituyendo una estructura de 17 C. De esta estructura básica derivan el colesterol, las hormonas esteroides y los ácidos y sales biliares.

Ácidos nucleicos 
 

Al igual que las proteínas, estas biomoléculas resultan de la polimerización de nucleótidos, que son los monómeros constituyentes. Cada nucleótido está formado por un azúcar pentosa, una base nitrogenada y una, dos, o 3 moléculas de ácido fosfórico, unidas por uniones covalentes.

Las bases nitrogenadas son compuestos cíclicos formados por C y N. las bases derivadas de la purina son dos: adenina y guanina. Las derivadas de la pirimidina son tres: timina, citosina y uracilo.

La disposición de los átomos de N y O de las bases, permite que las bases se emparejes o “apareen” con otra, con la que puedan formar puentes de hidrógeno. El apareamiento se forma siempre entre una base púrica y una pirimidínica. Este apareamiento, tiene fundamental importancia en la transmisión genética. Además, el apareamiento de bases es responsable de la estructura secundaria de los ácidos nucleicos. Cuando hablamos de azúcares unidos a bases nitrogenadas, estamos describiendo la estructura de yb nucleósido. Cuando el azúcar de un nucleósido se esterifica con ácido fosfórico por su C5 se obtiene un nucleótido. Los nucleótidos pueden presentar hasta tres grupos fosfato. Estos nucleótidos cuando están libres (cuando no forman parte de los ácidos nucleicos) tienen especial interés biológico.

En particular los MP, ADP y ATP intervienen en la mayoría de los intercambios de energía química en la célula. Esto sucede porque los enlaces fosfato se rompen fácilmente por repulsión de cargas negativas entre los grupos fosfato. Al eliminarse un grupo fosfato, se reordenan los electrones y se libera energía.  
 

Polinucleótidos: Son cadenas lineales de nucleótidos en las que cada grupo fosfato se halla esterificado a los C5 y C3 de dos nucleótidos consecutivos. Un polinucleótido es, respecto a un ácido nucleico, lo que un polipéptido es a una proteína. Niveles de estructuración:

• Primaria: corresponde a la secuencia de nucleótidos unidos por enlace fosfodiester (uniones covalentes)
• Secundaria: corresponde al apareamiento antiparalelo de las bases complementarias a través de los puentes de hidrógeno.
• Terciaria: corresponde a la conformación espacial de la molécula en conjunto y pueden actuar tanto interacciones hidrofóbicas como puente de hidrógeno

Los ácidos nucleicos se hallan presentes en todo tipo de células. Cualquier ser vivo presenta los dos tipos de ácidos nucleicos: ARN y ADN.

La función principal de los ácidos nucleicos consiste en almacenar y transmitir la información genética. Son responsables de mantener la identidad de las especies biológicas, permiten la variación que existe entre los distintos individuos, permiten la evolución y diversificación de especies, permiten la diferenciación de células y tejidos, según la expresión selectiva de ciertos genes, cada célula utiliza en el momento que necesita sus ácidos nucleicos para sintetizar sus proteínas. 
 
 
 
 

ARN

Es el más abundante en las células. Existen tres tipos:

• ARNr (ribosómico): constituyente de los ribosomas, que son estructuras subcelulares donde se realiza la síntesis de proteínas
• ARNt (de transferencia): quien traduce el mensaje genético y lo interpreta según los aminoácidos correspondientes, para llevar a cabo la síntesis de proteínas.
• ARNm (mensajero): transporta del núcleo al citoplasma el mensaje contenido en el ADN con las instrucciones para la síntesis de proteínas.

Otros tipos de ARN podemos encontrar en células eucariontes: ARN heterogéneo nuclear. Se encuentra en el núcleo y se considera el precursor de los otros tres tipos de ARN.

La estructura de los ARN es monocatenaria (formada por una sola cadena), pero suelen adoptar estructuras secundarias y terciarias. Su azúcar es siempre ribosa y no poseen la base nitrogenada timina.  
 
 

ADN

Se encuentra en la zona nucleoide de células procariontes y en el núcleo de las eucariontes. También lo podemos encontrar en mitocondrias y cloroplastos. Algunos virus poseen ADN como material genético.

Existe un único tipo de ADN bicatenario y helicoidal. En eucariontes estas moléculas son abiertas y están asociadas a proteínas, constituyendo la cromatina. En procariontes, las moléculas son circulares, cerradas y sin proteínas asociadas.

La secuencia de nucleótidos de ADN contiene toda la información genética del ser vivo.

La molécula de ADN está formada por dos cadenas de polinucleótidos, antiparalelas.

El azúcar componente de los nucleótidos es siempre desoxirribosa y nunca posee la base uracilo.

La estructura secundaria consiste en un doble helicoide. Esto hace que las cargas negativas se concentren hacia el exterior de la molécula, siendo el ADN un polianión, asociándose fácilmente a moléculas básicas o de carga positiva. Si ambas cadenas se separan, cada una sirve de molde para sintetizar la complementaria; de esta manera, se pueden hacer copias idénticas de esta molécula: el ADN es la única molécula capaz de autoduplicarse. Esta estructura se pliega sobre sí misma y se compacta en el núcleo de las células eucariontes formando los nucleosomas. 
 
 
 
 
 
 
 

LA CÉLULA 
 

La célula se distingue de otros sistemas químicos por presentar una membrana que la separa del medio y le otorga identidad fisicoquímica, por la capacidad para duplicarse generación tras generación, y por la presencia de proteínas enzimáticas, responsables de la regulación de procesos metabólicos que implican intercambio de materia y energía con el medio, de las que depende la continuidad vital de la célula.

Es por esto, que decimos que la célula es la unidad funcional y estructural básica de la vida. 
 

Célula eucarionte 
 

Se distinguen de las procariontes por su mayor tamaño, la separación del material genético del citoplasma por una envoltura nuclear, la presencia de compartementalización citoplásmica, lo que incluye organoides complejos, favoreciendo así una mayor eficacia y rendimiento de los procesos metabólicos.

Las células animales carecen de pared celular y plástidos, presentan centríolos y derivados centriolares. Cuando presentan vacuolas, estas suelen ser pequeñas.

Por su parte, las células vegetales siempre presentan pared celular por fuera de la membrana plasmática. Encontramos plásticos y una vacuola de gran tamaño, generalmente única y de ubicación central.  
 

Pared celular 
 

La célula produce varias paredes sucesivas que se desarrollan secuencialmente y se diferencian por la composición de sus matrices y la disposición de sus microfibrillas. La pared primaria es la más externa y de organización laxa lo que le permite crecer con la célula. La secundaria es interna y de mayor rigidez. Aparece cuando la célula alcanzó su tamaño definitivo. Entre células vecinas, se establecen puentes citoplasmáticos que atraviesan la pared por orificios que constituyen los plasmodesmos.

La pared primaria comienza a formarse durante la división celular a partir de la placa celular compuesta por cisternas o vesículas provenientes del aparato de Golgi que se ubican en el plano ecuatorial entre las futuras células hijas. Está constituida por microfibrillas de celulosa orientadas en distintas direcciones formando una red relativamente laxa embebida en una matriz de hemicelulosa y pectina, dos polisacáridos. Estos tres componentes organizan una trama compleja que en presencia de agua constituye un gel semirrígido.

La pared secundaria se constituye por depósito de nuevo material y remoción parcial del anterior. Está formada por microfibrillas de celulosa y hemicelulosa asociadas de lignina, que le otorga resistencia a la presión.  
 

Su función es otorgar rigidez, soporte y protección. Actúa como límite resistente que impide la exagerada distensión de la membrana plasmática y su posible ruptura debido a la entrada masiva de agua.  
 

Membrana plasmática 
 

La célula debe mantener un medio interno adecuado. Esto es posible gracias a que presenta un límite que la separa físicamente del medio, constituido por la membrana plasmática. Son representa una simple frontera inerte, sino que permite interacciones selectivas entre las células y su ambiente. 
 

Funciones:

• Regula el paso de materiales hacia el interior y el exterior celular (O2, glucosa, H2O, proteínas; salen CO2 y desechos). Facilita la entrada de nutrientes y la salida de desechos impidiendo la pérdida de sustancias importantes.
• Recibe la información de modificaciones que suceden en el exterior celular e interactúan con moléculas provenientes de él, como hormonas, neurotransmisores, etc., mediante proteínas receptoras que permiten a la célula reaccionar adecuándose a cada momento.
• La membrana mantiene relaciones estructurales y químicas con las células vecinas mediante moléculas, a través de las cuales se reconocen y se adhieren entre sí.
• Otorga el soporte físico para la actividad ordenada de enzimas que tienen su asiento celular en ella.

Estructura asimétrica: Según el modelo de mosaico fluido (porción de proteínas y fosfolípidos intercalados), la membrana consta de una bicapa lipídica más o menos fluida en la que están embebidas varias proteínas globulares. 
 

Doble capa lipídica: los lípidos en la membrana están representados por fosfolípidos, glucolípidos y colesterol. Tienen una porción hidrofílica y polar, y una porción hidrofóbica, es decir, no polar. Estás moléculas reciben el nombre de antipáticas. En soluciones acuosas, los fosfolípidos no forman monocapas sino bicapas que se cierran sobre sí mismas. La formación de la bicapa es un proceso espontáneo, inherente a la naturaleza antipática de los lípidos.

Las dos capas de la bicapa lipídica no son idénticas en su composición, tiene membranas asimétricas. La fluidez de la membrana  se debe al hecho de que tanto los lípidos como las proteínas de membrana tienen una considerable libertad de movimientos, en particular desplazamientos laterales dentro de la bicapa y rotación sobre sus ejes. La bicapa tiene la capacidad de autorrepararse.  
 

Proteínas de membrana: se presentan en su estructura terciaria y cuaternaria.

Dos tipos:

• Proteínas integrales: penetran profundamente en la bicapa. Son moléculas antipáticas. Algunas de estas proteínas se extienden desde la zona hidrofóbica de la bicapa hacia una de las caras de la membrana por donde emergen, y otras atraviesan la bicapa totalmente, de allí que se las denomina transmembrana. Muchas atraviesan la bicapa más de una vez, por lo que forman una sucesión de asas cuyas curvas emergen por ambas caras de la membrana estableciendo lo que se denominan dominios.
• Proteínas periféricas: son hidrosolubles y están débilmente unidas a la superficie (apoyadas en la capa de fosfolípidos). La mayor proporción se hallan ubicadas sobre la cara citoplasmática de la membrana estando asociadas a hidratos de carbono conformando glicoproteínas. Tienen cierto movimiento lateral en la membrana por lo que pueden cambiar su posición en la superficie celular.

Hidratos de carbono: están siempre asociados a lípidos o a proteínas. Son oligosacáridos unidos covalentemente a proteínas o lípidos constituyendo glicoproteínas y glucolípidos. Se encuentran en el lado externo de la célula.

Intervienen en el reconocimiento celular y la adhesión, protegen a la célula de las agresiones físicas o químicas, en algunas células actúan como filtro que regula el paso de moléculas, orientan y estabilizan la membrana.  
 

Permeabilidad celular 
 

El movimiento de solutos entre ambos medios, intra y extracelular, se produce siguiendo un gradiente de concentración de mayor a menor. Sin embargo, si se interpone una membrana lipoproteica, esta actúa como barrera. 
 

Transporte pasivo: (lento y no consume energía) 
 

• Difusión: es el movimiento de las moléculas desde una zona de mayor concentración hacia una de menor.

1. Difusión simple a través de la bicapa lipídica: moléculas chiquitas, lípidos pequeños, glicerol, vitaminas liposolubles, urea, etc. Por esta zona de la membrana ingresan sustancias hidrofóbicas y de bajo peso molecular. Los iones, no atraviesan la zona lipídica por presentar todos ellos carga eléctrica.

2. Difusión facilitada: se realiza a una velocidad mayor que la difusión simple. Se conocen dos tipos de estructuras membranosas que intervienen en este proceso y ellas son los canales iónicos y las permeadas. Las dos presentan especificidad y saturabilidad.                                             

    -Difusión a través de canales iónicos: los canales son túneles o poros labrados en la membrana atravesándola lado a lado formados por proteínas integrales de tipo multipaso. Los radicales polares se ubican hacia adentro determinando un canal que podrá ser atravesado por pequeñas moléculas con carga eléctrica y por el agua. Son altamente selectivos, por lo que se puede encontrar canales para cada ión. La mayoría de los canales no permanecen abiertos en forma permanente, sino que su apertura se puede deber a cambios en el potencial eléctrico de la membrana (canales voltaje dependiente) o la llegada a una de las caras de la membrana de una molécula inductiva (canales ligando dependiente). Pasan iones hidratados.                                                                                                                            -Difusión a través de permeasas o proteínas transportadoras: glucosa, monosacáridos. Son altamente efectivos, veloces y específicos. Por este mecanismo pasan a través de la membrana sustancias insolubles en lípidos, de bajo peso molecular. Las permeasas están constituidas por varias proteínas del tipo multipaso. Pueden ser de reposo, que exponen sus sitios de reconocimiento hacia una o ambas caras de la membrana, o cuando la molécula a transportarse se fija, cambia su conformación espacial y transfiere el material a transportar al otro lado de la membrana donde es  liberada. Existen tres tipos de permeasas: monotransporte (un solo tipo de soluto como monosacáridos y aminoácidos), cotransporte (dos solutos), y contratransporte (dos tipos de soluto en sentido contrario).

3. Movimiento del agua a través de la membrana plasmática: OSMOSIS. Paso del agua. Las moléculas de agua se mueven de un lugar a otro a causa de diferencias en la energía potencial conocida como potencial hídrico. A medida que aumenta la concentración de solutos, debe disminuir la concentración de moléculas de agua y viceversa. A mayor concentración de moléculas de agua, mayor potencial hídrico. A mayor concentración de solutos, menos potencial hídrico. Las moléculas se mueven desde zonas de mayor potencial hídrico hacia regiones de menos potencial hídrico. Una membrana selectivamente permeable permite que el agua pase por un proceso especial de difusión llamado osmosis. La difusión del agua no se verá afectada por qué cosa esté disuelta en ella sino por cuanto, es decir la concentración de solutos. Menos concentración de solutos: hipotónica. Mayor concentración de soluto: hipertónica.

Transporte activo: consume energía 
 

• Bombas: cuando el transporte de una sustancia se realiza en contra de su gradiente de concentración, requiere el gasto de energía bajo de forma de consumo de ATP. También estarán presentes las permeasas o proteínas transportadoras que trabajarán bajo de forma de monotransporte, cotransporte y contratransporte, manifestando la especificidad y saturabilidad. La bomba de Na/K es la responsable del mantenimiento del potencial eléctrico en ambos lados de la membrana plasmática, es decir, su polaridad.
• Transporte en masa: cuando la sustancia que debe atravesar la membrana es una molécula de gran tamaño, la membrana organiza una vacuola que la engloba. El ingreso de materia a la célula se denomina endocitosis y el egreso exocitosis. Según sea la sustancia a incorporar será:

-Fagocitosis: se trata de la incorporación desde el exterior celular de moléculas grandes, restos celulares, microorganismos, etc. Se constituye en un medio de defensa o de limpieza, capaz de eliminar sustancias ajenas al organismo. Una vez fijada la sustancia a incorporar a la superficie externa celular, la membrana emite prolongaciones que lo rodean hasta envolverlo, dejándolo en el interior de una vesícula intracitoplasmática. Esta vesícula se llama fagosoma. No hay gradiente.

-Pinocitosis: comprende la incorporación de líquidos que bañan a la célula en el espacio extracelular. Puede ser inespecífica, en donde las sustancias ingresan automáticamente o regulada donde las sustancias a ingresar interactúan con receptores de membranas que dan lugar a la formación de vesículas pinocitóticas. El agua por acá entra en grandes volúmenes.

-Endocitosis mediada por receptores: consta de dos pasos: reconocimiento de la partícula a incorporar y expansión de la membrana alrededor de la partícula donde participan filamentos y se requiere el consumo de energía. La partícula queda incluida en una vacuola.

Los complejos ligando/receptor están concentrados en pequeñas invaginaciones de la membrana, cubiertas por la cara citoplasmática con una proteína llamada clatrina. Una vez incorporada la sustancia al citoplasma se forma una vesícula cubierta, rodeada por clatrina. La función de estas vesículas es producir una incorporación selectiva de moléculas fundamentales para la célula y comprende regiones determinadas de la membrana que se comportan como unidades o microdominios. 
 

Receptores de membrana 
 

Son macromoléculas representadas por glicoproteínas y glucolípidos que conforman la zona más externa de la membrana plasmática en células animales determinando una cubierta que crea un microambiente debido a que tiene carga eléctrica, pH y concentraciones iónicas particulares. Esto le permite reconocer una señal química e iniciar una respuesta. Varios reguladores celulares son ligandos, esto significa que actúan como señales provocando la unión ligando-receptor. A partir de ese reconocimiento se incrementa la actividad de una enzima, la adenilciclasa, que convierte ATP en AMPc. 
 

Relaciones intercelulares 
 

• Matriz extracelular: las funciones son proveer a las células de un punto fijo de donde aferrarse, rellenar los espacios libres no ocupados por células, establecer el medio por el cual llegan nutrientes a la célula y se eliminan desechos metabólicos, otorgar a los tejidos resistencia, sirve de espacio donde las señales provenientes desde otras células o desde el exterior van a arribar a la célula y a establecer contacto a través de los receptores de la membrana. Está constituida por elementos fluidos y fibrosos dentro de los que se hallan proteínas estructurales (colágeno) y adhesivas.
• Diferenciaciones de la membrana plasmática:
1. De la membrana apical: las microvellosidades en la superficie del epitelio intestinal que aumentan la superficie de absorción.
2. De la membrana lateral: dan estabilidad a los tejidos: hay cuatro tipo de uniones: estrechas u oclusivas (barrera contra la difusión), intermedias (debajo de las estrechas, contienen una red de filamentos de actina y cumplen papel estructural), desmosomas (constituyen uniones entre células epiteliales siendo abundantes en tejidos expuestos a tracciones mecánicas), de contacto (canales que comunican citoplasmas de células epiteliales vecinas. Pasan solutos de bajo peso molecular como iones, aminoácidos, mononucleótidos).
3. De la membrana basal: aumentan la superficie de intercambio con los tejidos subyacentes.

En las conexiones entre células eucariontes vegetales, se observan puentes citoplasmáticos entre ellas llamados plasmodesmos que atraviesan la pared celular. Estos permiten la libre circulación de líquidos y solutos. 
 

Matriz citoplasmática 
 

Es un gel casi líquido donde se hallan inmersas las organelas y el citoesqueleto, extendiéndose entre la membrana plasmática y la envoltura nuclear. Está compuesta  por agua, iones, moléculas orgánicas simples y macromoléculas, en especial proteínas con función enzimática. En la matriz se realizan reacciones correspondientes a muchas vías metabólicas (glucólisis, síntesis de azúcares de 5 carbonos, activación de aminoácidos). Todas las proteínas que se necesitan en la célula se sintetizan en ribosomas citosólicos. Una vez finalizada su acción será también en el citoplasma donde serán degradadas por un complejo enzimático llamado proteosoma.

En cuando a su papel estructural, en algunas células se ve que la zona más externa es más rígida, carece de organelas y recibe el nombre de ectoplasma.

Es también reservorio de distintas moléculas que se acumulan en el citosol llamadas inclusiones que carecen de membrana.  
 

Citoesqueleto 
 

Se han identificado en células eucariontes una compleja red de proteínas filamentosas que se hallan en el citoplasma, denominadas citoesqueleto. Este le da forma estable o cambiante a las células y les permite realizar algunas de sus funciones gracias a la interrelación entre tres tipos de filamentos:

• Microfilamentos: representados por proteínas de actina y miosina cuya estructura terciaria es globular. Poseen la capacidad de asociarse dando largas cadenas de estructura helicoidal. Son más flexibles que los microtúbulos y suelen asociarse en atados. Presentan bipolaridad. Se distribuyen o atravesando el citoplasma (transcelulares), o ubicados dejado de él (corticales). Cumplen el papel de la migración celular, de células inmunitarias. El movimiento celular puede ser guiado por gradientes de concentración de moléculas no solubles (haptotaxis) o por sustancias solubles emitidas por otras células (quimiotaxis/quimiorepulsión). Una función importante es la modificación de formas celulares.
• Filamentos intermedios: es el componente del citoesqueleto más estable. Está constituido por proteínas de estructura alfa fibrosa. Se asocian de manera irreversible dando lugar a estructuras resistentes a la tracción e insolubles en agua. Forman redes que conectan a la membrana plasmática con la membrana nuclear. Su función más relevante es mecánica. Pueden haber: tonofilamentos (o filamentos de queratina, en células de pelo y uñas, con resistencia mecánica), laminofilamentos (conforman la lámina nuclear) y neurofilamentos (función de transporte de neurotransmisores).
• Microtúbulos: presentan polaridad. Existen dos tipos:

1. Lábiles: cumplen funciones dinámicas. Constituyen vías de transporte citoplasmático de organoides y macromoléculas. Mantienen en posición al Aparato de Golgi y al Retículo Endoplasmático determinando así la polaridad celular. Contribuyen al establecimiento de las formas celulares. Durante la división celular originan los husos mitóticos.

2. Permanentes: Centríolos (cerca del núcleo, de a pares, sólo en células animales. Están formados por 9 tripletes de microtúbulos. Actúan como centros organizadores de otras estructuras celulares formadas por microtúbulos como los cuerpos basales a partir de los cuales se originarán cilias y flagelos). Cilias y flagelos (compuestas por 9 pares de microtúbulos que delimitan un cilindro hueco que rodea a un par central dando una configuración conocida como 9+2. Si se presentan en forma individual se llaman flagelos, que son los responsables de la locomoción de los espermatozoides. Las cilias son apéndices cortos que se encuentran en el aparato respiratorio, trompas de Falopio, etc. Provocan un movimiento coordinado que genera verdaderas ondas o corrientes que sirven para arrastrar fluidos o partículas o células)

Teoría de la endosimbiosis 
 

Intenta explicar el origen de dos organelas con características peculiares: mitocondrias y cloroplastos. Sugiere que estas antiguamente fueron organismos unicelulares capaces de autorreproducirse y de sintetizar la totalidad de sus proteínas. Luego pasaron a ser huéspedes permanentes de bacterias más grandes y se formaron los eucariontes. Por estas características, estas organelas permanecen aisladas del extenso tráfico vesicular que conecta el interior de la mayor parte del resto de las organelas entre sí y con el exterior celular.  
 

Mitocondrias 
 

Se ubican en lugares donde el requerimiento energético es mayor, trasladándose asociadas a microtúbulos y proteínas que colaboran. Limitadas por una doble membrana, dan origen a dos compartimentos: el espacio intermembranoso y la matriz mitocondrial.

La membrana externa es lisa y permeable a los solutos presentes en citoplasma salvo a macromoléculas. Esto se debe a que pese a ser una membrana de naturaleza lipídica, presenta también muchas proteínas multipaso llamadas porinas que forman canales acuosos por los que puede ser atravesada incluso por iones.

El espacio intermembranoso o cámara externa presenta una composición química similar al citoplasma. La membrana interna se encuentra plegada formando las crestas mitocondriales cuya función es aumentar la superficie de intercambio hasta 5 veces. Esta membrana posee un alto grado de selectividad y especialización. Las dos caras de su bicapa lipídica presentan una marcada asimetría, encontrándose en ellas: la coenzima FAD, moléculas que componen cadena respiratoria, ATP sintetasa, un fosfolípidos doble que impide el pasaje de cualquier soluto a través de esta membrana (excepto O2, CO2, H2O y NH3)

La matriz mitocondrial difiere en su composición química del citoplasma dada la selectividad de las crestas mencionadas antes. Acá se encuentran: enzimas responsables del Ciclo de Krebs, las responsables de la B-oxidación de ácidos grasos, la CoA, Nad+, ADP, fosfatos, O2 (todos vinculados a la síntesis de ATP), moléculas de ADN circular, moléculas de ARNm, ARNt y ARNr.

Las mitocondrias llevan a cabo la respiración celular a través del ciclo de Krebs que se realiza en la matriz. Esto consiste en la degradación de las moléculas que constituyen los alimentos con la ruptura de sus uniones químicas y liberación de esta energía. Esta será trasladada luego hasta las crestas donde a través de la cadena respiratoria, la fosforilación oxidativa y en presencia de ATP sintetasa, se originará el ATP.

También cumple otras funciones como la remoción de Ca++ del citoplasma ya que la presencia de este ión resulta tóxico para la célula. También en células de ovario y testículo se realiza la síntesis de esteroides a partir de colesterol. También la síntesis de aminoácidos que se lleva a cabo a partir de algunas moléculas intermediarias del ciclo de Krebs. 
 

Plástidos 
 

• Incoloros o leucoplastos: se encuentran en células embrionarias y en células de los órganos que no reciben luz. Algunos al principio son incoloros pero luego comienzan a acumular clorofila. En células diferenciadas se encuentran los leucoplastos verdaderos que nunca se vuelven verdes y generalmente cumplen funciones de reserva.
• Coloreados o cromoplastos: se encuentran en pétalos, frutos y raíces de algunas plantas. Según el contenido de clorofila y su mayor o menos actividad fotosintética se los divide en: fotosintéticamente activos (rodoplastos, amiloplastos, cloroplastos) y fotosintéticamente inactivos (dan color a flores y frutos).

Cloroplastos 
 

Presentan pigmentos (clorofila y carotenoides) y en ellos se lleva a cabo la fotosíntesis, proceso por el cual se atrapa la energía proveniente del sol y se la convierte en energía química bajo la forma de ATP. Luego, con este sumado al CO2 y al H del agua sintetizarán moléculas que van a utilizar los seres vivos para mantener su homeostasis. Tienen doble membrana con un 60% de contenido lipídico (sin colesterol) y un 40% proteico. La membrana externa es permeable a moléculas e iones. La membrana interna es notablemente selectiva y permite solo el pasaje de sustancias como CO2, O2, H20, iones fosfato y ácidos orgánicos.

La membrana interna delimita la matriz o estroma, que contiene una elevada concentración de proteínas, iones, Mg, P, moléculas orgánicas solubles, e inclusiones insolubles (almidón). También se encuentra ADN y ARN de tipo procarionte que intervienen en la síntesis de algunas de las proteínas estructurales y enzimáticas del cloroplasto. Es en el estroma donde se produce la fijación del CO2 o Ciclo de Calvin, segunda parte del proceso fotosintético en que se formarán los hidratos de carbono. Dentro del estroma se halla un sistema de sacos membranosos cerrados, los tilacoides:

1. Tilacoides de las granas: pequeños discos aplanados, entre 40 y 80 por cloroplasto
2. Tilacoides del estroma: interconectan las granas entre sí atravesando el estroma.

En el interior de los tilacoides se encuentra la clorofila, pigmento capaz de excitarse por la luz, capturando energía lumínica y transferirla a cadenas de intermediarios que van a transformarla en energía química, que será utilizada para la transformación de moléculas inorgánicas en orgánicas constituyendo así la función más importante de los cloroplastos. Esto hace que las células vegetales sean las únicas responsables del ingreso de energía al ecosistema mediante la fotosíntesis. También hacen síntesis de ácidos grasos, y ayudan en la síntesis de aminoácidos. Son organelas semiautónomas y autoduplicables por presentar en su interior ADN y ribosomas del tipo procarionte que le permiten sintetizar sus proteínas (al igual que las mitocondrias: teoría de la endosimbiosis). 
 

Peroxisomas 
 

Son organelas presentes en células eucariontes, limitadas por una única membrana. Cumplen funciones metabólicas y contienen enzimas oxidantes. Se reconocen dos tipos:

• Microcuerpos: de mayor tamaño, contiene una sustancia granular que puede condensarse en el centro formando un nucleoide. En células hepáticas y renales.
• Microperoxisomas: más pequeños, sin nucleoide.

Ambos se sintetizan en el interior del retículo endoplasmático y sus enzimas en ribosomas libres que luego son transferidos al organoide.

Los peroxisomas usan 02 para efectuar sus reacciones metabólicas. Parte de las oxidaciones de ácidos grasos se llevan a cabo en su interior (el resto en mitocondrias). Estas reacciones producen peróxido de hidrógeno que resulta tóxico para las células. Sin embargo este es degradado a H2O y O2 por otra enzima, la catalasa. En las células vegetales se encuentra un tipo especial de peroxisoma, los glioxisomas. Estos contienen las enzimas para la conversión de ácidos grasos en semillas de azúcares (utilizados como fuente de energía para la germinación de semillas). 
 

Sistema de endomembranas 
 

Está organizado como una extensa red de túbulos o cisternas ramificadas a través del citoplasma. Estos se encuentran conectados entre sí por lo que delimitan un espacio intracisternal. El sistema de endomembranas está compuest9o por varios compartimentos comunicados entre sí, que constituyen el sistema vacuolar citoplasmático. Estos presentan en su estructura una doble unidad de membrana con una composición química a la de la membrana plasmática. Están comunicados entre sí, en algunos casos en forma directa y en otros por la presencia de vesículas transportadoras. Estas vesículas brotan desde la membrana del donante, viajan por el citoplasma hasta otro compartimento denominado receptor, con cuya membrana se fusionan.

El sistema está  integrado por:

• Retículo endoplasmático rugoso
• Retículo endoplasmático liso
• Aparato de Golgi
• Envoltura nuclear

Retículo endoplasmático rugoso 
 

Está muy desarrollado en células con síntesis proteica. Presenta ribosomas asociados a su cara citoplasmática. La afinidad de los ribosomas por el REG es debido a la presencia de receptores llamados riboforinas. Tiene a su cargo la síntesis de: glicoproteínas que pueden cumplir funciones en la membrana plasmática, o como crecimiento del REG o del Aparato de Golgi; proteínas de secreción que deberán ser condensadas previamente en el Golgi; y proteínas con función de enzimas hidrolíticas que constituirán los lisosomas.  
 

Retículo endoplasmático liso 
 

Tiene especial desarrollo en células del ovario y testículo donde se sintetizan las hormonas sexuales femeninas y masculinas. Tiene a cargo la síntesis de lípidos, en especial esteroides, fosfolípidos y ácidos grasos. Estos son luego condensados en el Aparato de Golgi. Hace síntesis de ácidos biliares, de hormonas sexuales, de glucocorticoides. Tiene a cargo la detoxificación de sustancias, y hace la glucogenólisis (extracción de glucosa a partir de glucógeno). También regula la concentración del ión Ca++. 
 

Aparato de Golgi 
 

Está ubicado entre el RE y las vesículas secretoras y la membrana plasmátca. Esta formada por una o varias unidades llamadas dictiosomas. Se observan pilas de sacos o cisternas aplanados relacionados con vesículas secretoras. En células polarizadas, cada una de estas pilas de cisternas que integran un dictiosoma, presentan una cara proximal o generadora más cercana al retículo, y una cara distal o de maduración que contiene vesículas secretoras. Esto se denomina el eje “cis-trans” del aparato de Golgi.

A través del Aparato de Golgi hay un tránsito de sustancias entre el RE y la membrana plasmática. Cualquier molécula sintetizada allí será transportada en el sentido cis-trans, condensada, modificada, para luego ser secretadas. Interviene en la formación de lisosomas primarios por condensación de glicoproteínas con actividad catalítica, repara zonas de la membrana plasmática, conforma el acrosoma del espermatozoide, forma la placa divisoria durante la citocinesis en células vegetales y hace la síntesis de polisacáridos de la pared vegetal, salvo la celulosa.  
 
 
 
 

Endosomas 
 

Son organelas localizadas entre el Golgi y la membrana plasmática. Presentan una bomba protónica en su membrana que mantiene su pH en 6, diferenciándose de los lisosomas por carecer de enzimas hidrolíticas. Tampoco presentan clatrina, y su síntesis se lleva a cabo en el RE.

Representan un compartimento especial del citoplasma relacionado con el tráfico de ligandos y receptores. Una vez incorporado por endocitosis una vesícula cubierta con clatrina, se fusiona con ella un endosoma. En su interior se produce la separación del ligando con el receptor. Este queda libre para retornar a la membrana y recuperar su función, mientras el ligando incluido en el endosoma se transfiere a un lisosoma donde será degradado. 
 

Lisosomas 
 

Son organelas de membrana simple que contienen gran cantidad de enzimas hidrolíticas, por lo que se infiere que actúan en la digestión intracelular de todos los materiales incorporados por fagocitosis. Se encuentran en todas las células eucariontes. La membrana tiene gran cantidad de glicoproteínas que le dan estabilidad. Los lisosomas son polimorfos. Esto se debe a que su formación depende de la unión de dos clases de vesículas, una conteniendo enzimas hidrolíticas provenientes del Golgi, y otra a partir de un endosoma.

En el interior de los lisosomas, proteínas e hidratos de carbono son digeridos a dipéptidos y monosacáridos respectivamente. Estos productos de degradación atraviesan la membrana lisosomal hacia el citoplasma para terminar su degradación o ser utilizados para una nueva síntesis de macromoléculas. Por otro lado, las enzimas lisosómicas cumplida su función, serán degradadas en el citoplasma por proteasas. Ahora, ya libres de enzimas, los lisosomas se reconvertirán en endosomas. Hay varios tipos:

• Lisosomas 1º o vesículas de reserva: cuerpo pequeño cuyas enzimas son sintetizadas por ribosomas del REG desde donde pasan al Golgi. Producto de secreción celular.
• Lisosomas 2º o fagolisosomas o vacuolas fagocíticas: se originan por la fusión de un lisosoma primario y un endosoma secundario que ha incorporado material de origen exógeno por pino o fagocitosis. Al mezclarse los contenidos de ambos comienza la actividad de hidrólisis de las moléculas contenidas en la vacuola. Las enzimas logran la degradación de los compuestos químicos del cuerpo fagocitado y el resultado son moléculas de bajo peso molecular que atraviesan la membrana del lisosoma, pudiendo ser utilizados para cubrir necesidades celulares en distintos procesos metabólicos.
• Cuerpos residuales: cuando la digestión es incompleta y quedan restos estos pueden ser eliminados al exterior celular por exocitosis o permanecer dentro de la célula como cuerpo residual.
• Vacuola autofágica o autofagosoma: su función es digerir partes de la célula que los contienen (organelas viejas). Se forman a partir del REL, el cual aporta una porción de membrana para envolver el organoide y formar así un autofagosoma. Su objetivo es convertir componentes celulares en alimento para prolongar la supervivencia del organismo.
• Vesículas transportadoras: adquieren una cubierta proteica durante su formación, encontrándose dos clases de cubiertas: las de clatrina y olas de coatómero. Su función está relacionada con la fuerza de succión necesaria en el proceso de formación desde la membrana plana hacia el citoplasma. Las cubiertas con clatrina se producen en la endocitosis, nacen en la cara de salida (trans) del Golgi destinadas a los endosomas y a la secreción celular. El resto de las vesículas cubiertas por coatómeros son nacidas en el RE destinadas a la cara de entrada (cis) del Golgi, interconectan las cisternas del Golgi, destinadas a la membrana plasmática.

La función de los lisosomas es de defensa, remodelación de tejidos, germinación en semillas, nutrición celular.  
 

Vacuolas 
 

Son vesículas de tamaño variable limitadas por una membrana con diversas funciones, generalmente de almacenamiento. En células animales suelen encontrarse vacuolas de reserva de lípidos, de glucógeno, de secreción de productos celulares, de pigmentos, etc. En células vegetales cobran importancia ya que representan un gran volumen del citoplasma. Además de vacuolas con función de reserva, suele encontrarse una vacuola muy voluminosa. El contenido de esta es fundamentalmente hídrico, con altas concentraciones de sales orgánicas, hidratos de carbono y toros elementos. La membrana que la rodea se denomina tonoplasto y es semipermeable. Su función es controlar la turgencia celular y ejercer presión que se transmite al citoplasma, manteniendo la membrana plasmática unida a la pared celular, colaborando de esta manera con la misma para mantener a la planta en posición. 
 

Ribosomas 
 

Son estructuras citoplasmáticas sin membrana compuestos por ARNr asociado a proteínas. Se encuentra presente en todos los tipos celulares. Se sintetiza en el nucléolo, y presentan dos subunidades, una mayor y una menor.

Los ribosomas son el asiento celular donde se lleva a cabo la síntesis de proteínas. Cuando los ribosomas se asocian a una hebra de ARNm proveniente del núcleo, se conforman estructuras lineales llamadas polirribosomas, que permanecen unidos hasta tanto se concluya con la síntesis iniciada. En células eucariontes existen dos espacios separados de poblaciones de ribosomas en el citoplasma. Estos son:

• Ribosomas asociados a membranas: son los vinculados a la cara citoplasmática del REG. Sintetizan todas las proteínas que luego ingresarán al REG para cumplir distintas funciones, o enzimas que formarán parte de los lisosomas, proteínas de exportación, y de membrana.
• Ribosomas libres en citoplasma: son los encargados de sintetizar todo el resto de las proteínas codificadas en el genoma celular. Entre ellas las enzimas que regularán procesos metabólicos que se llevan a cabo en el citoplasma, proteínas que ingresarán al núcleo (ADNpol, histonas).

Núcleo 
 

Sus componentes son: envoltura nuclear, carioplasma (nucleoplasma o jugo nuclear), ADN bajo la forma de cromatina/cromosomas y nucléolo.

Es el depositario del material genético.  
 

Envoltura nuclear 
 

La envoltura nuclear o carioteca envuelve al ADN. Esta formada por dos membranas que se continúan con el RE. La membrana nuclear interna contiene proteínas específicas que actúan como el sitio obligatorio donde se asentará la lámina nuclear. Esta es una delgada malla de laminofilamentos entrecruzados que se interrumpe solo a la altura de los poros. Le otorga resistencia a la envoltura nuclear y mantiene su forma. En la división celular es la responsable de la disgregación temporaria de la envoltura nuclear en la profase, dejando libre el material genético (cromosomas) para que sea distribuido en las células hijas.

La membrana nuclear externa es muy similar a la membrana del RER con el cual se continúa, presentando ribosomas asociados a su cara citoplasmática. Las proteínas sintetizadas en ellos serán transportadas al espacio entre ambas membranas (espacio perinuclear).

Tanto los procesos de exportación como de importación desde y hacia el núcleo sufren una importante selección por parte de la envoltura nuclear. Esto es posible gracias a la particular presencia de poros en su superficie. Cada poro está formando una estructura llamada Complejo del poro. Presentan una pared cilíndrica integrada por 8 columnas proteicas, alrededor de las cuales la membrana externa se continúa con la interna. Posee proteínas de anclaje que fijan las columnas proteicas a la envoltura nuclear, proteínas radiales que nacen en las columnas y se proyectan hacia el centro del poro (tipo diafragma el poro), y fibrillas proteicas que nacen de los anillos del complejo y se proyectan hacia el citoplasma y núcleo.  
 

Cromatina 
 

El ADN es el principal componente genético de la célula. En las células eucariontes se asocia a diversos grupos de proteínas: histonas y proteínas no histónicas. La cromatina presenta una estructura que se repite llamada nucleosoma constituida por 200 pares de bases de ADN enrollados alrededor de un octámero de histonas. Para que pueda ser contenida en el pequeño espacio del núcleo, la cromatina debe sufrir sucesivos enrollamientos. En primer lugar el enrollamiento del ADN sobre las Histonas conformando los nucleosomas. Luego entre sí mismos, dando una estructura helicoidal. Durante la interfase se pueden diferencial dos tipos de cromatina:

• Eucromatina: dispersa, activa (ya que a partir de ella se transcribe información bajo la forma de ARN)
• Heterocromatina: condensada, forma inactiva. Se reconocen la constitutiva (constante en todos los tipos celulares e inactiva) y la facultativa (inactiva en ciertos tipos celulares y en ciertos momentos del desarrollo celular.

Cromosomas 
 

Durante la división celular la cromatina se enrolla ajustadamente rodeando una trama proteica no histónica formando cuerpos compactos que se denominan cromosomas. Esta condensación asegura una correcta distribución del material genético entre las células hijas. Su morfología se observa bien durante la metafase, ya que en esta se produce en máximo grado de condensación. Es aquí donde se realizan los estudios morfológicos para conocer el cariotipo de un individuo. Se distinguen en cada cromosoma:

• Cromátidas: tienen dos cromátidas hermanas simétricas, que contienen cada una de ellas una molécula de ADN idénticas entre sí, producto de la autoduplicación del mismo durante el período S de la interfase. Unidas entre sí por el centrómero y se separan en anafase migrando cada una hacia un polo opuesto.
• Centrómero: sitio de adhesión de las cromátidas hermanas, y de unión del cromosoma al huso mitótico. Se encuentra en la zona llamada constricción primaria.
• Organizador nucleolar: son regiones presentes en ciertos cromosomas que codifican los ARNr e inducen la formación de nucléolos.

Nucléolo 
 

Es un cuerpo intranuclear sin membrana propia constituido por cromatina y ARNr. Es el sitio de síntesis (transcripción) del ARNr a partir de la información contenida en el ADN y de formación de subunidades ribosomales. Se distinguen la región fibrilar (zona central, que contiene los genes con la información para la síntesis de ARNr) y la región granular (periférica y presenta partículas precursoras de los ribosomas).

Una vez que las subunidades ribosomales están maduras, se liberan de la estructura nucleolar y pasan al citoplasma atravesando los poros de la envoltura nuclear. 
 

Célula procarionte 
 

Las procariontes no tienen envoltura nuclear. est9o se extiende a la falta de compartimientos internos (sistema vacuolar citoplasmático) y ausencia de organelas membranosas (mitocondrias, cloroplastos, peroxisomas). Las funciones metabólicas se realizan en localizaciones especializadas de la membrana plasmática.

• Membrana plasmática: presenta el modelo de mosaico fluido, pero carece de esteroides (colesterol) y de hidratos de carbono en su cara externa (no presenta glucocalix). En procariontes aeróbicos que utilizan oxígeno en su metabolismo se encuentran conjuntos respiratorios que realizan funciones vinculadas a la respiración celular. En procariontes fotosintéticos se encuentran estructuras membranosas derivadas de la membrana plasmática llamadas lamelas o laminillas que contienen pigmentos y enzimas fotosintetizadotas. En algunas bacterias se observa un enrollamiento de la membrana llamado mesosoma que es el sitio al cual se halla unido el ADN.
• Pared celular: por fuera de la membrana plasmática. Cumple funciones de sostén e impide que la célula estalle por ingreso masivo de agua. Su composición está dada por cadenas de polisacáridos llamados peptidoglucanos. La presencia además de lípidos (fosfolípidos y lipopolisacáridos) y proteínas en algunas bacterias, es la responsable de la mayor virulencia de estos agentes infecciosos.
• Cápsula o vaina: sólo en algunas bacterias, ubicada fuera de la pared. Compuesta por polisacáridos y polipéptidos, hace que estas bacterias presenten una mayor resistencia al ataque de células del sistema de defensa del organismo.
• Flagelo: función de propulsión. Presente en algunas bacterias, constituido por elementos proteicos: estructura basal de anclaje a la membrana que le da movilidad, un segmento curvo de conexión y un filamento de estructura microtubular.
• Ribosomas: parecidos a los eucariontes pero más chiquitos. Se encuentran libres en el citoplasma donde sintetizan proteínas para la formación de la pared celular, o en la degradación de sustancias nutritivas.
• Material genético: está representado por una molécula de ADN circular o cerrado, no asociado a proteínas (desnudo), por lo que no constituye cromatina. Ocupa un espacio dentro de la célula denominado nucleoide, no limitado por membrana. Generalmente ligado a un mesosoma.

INTRODUCCIÓN AL METABOLISMO 
 

Energía: capacidad de un sistema para realizar trabajo o generar algún cambio en el estado del medio. Puede ser cinética, potencial, calórica, eléctrica, etc. 
 

La energía química, utilizada en las reacciones metabólicas, se encuentra contenida en los enlaces o uniones de los átomos que forman una molécula. 
 

Reacciones de óxido-reducción (Redox) 
 

Son reacciones en las que hay transferencia de electrones desde una molécula hacia otra. Siempre que una molécula transfiere un electrón, se oxida. Simultáneamente, el compuesto que lo recibe, se reduce. Muchas veces, la transferencia del electrón se hace acompañada por un protón, en estos casos, la oxidación implica pérdida de átomos de hidrógeno, mientras que la reducción, se da por ganancia de átomos de hidrógeno. Existen coenzimas (cofactores orgánicos) que actúan como aceptores temporales de protones y electrones hasta que finalmente los transfiere a otro sustrato. Por ejemplo el NAD+, NADP+ y FAD+, que al captar protones y electrones se transforman en su forma reducida. Estas coenzimas intervienen en procesos como respiración, fermentación, fotosíntesis, etc. (Cuando estás enzimas tienen un “H” es que están reducidas) 
 

Metabolismo celular 
 

Se lo puede definir como el conjunto de reacciones química que ocurren dentro de una célula, de una manera ordenada, formando secuencias interconectadas por intermediarios comunes y sujetas a regulación. Gracias a laz enzimas, la materia y la energía son transformadas en una sucesión de reacciones químicas, de una forma controlada. 
 

Catabolismo 
 

Comprende al conjunto de reacciones que conducen a la degradación de moléculas complejas, las que pueden provenir de la dieta o bien de las reservas celulares.

El catabolismo se produce con la liberación de energía, es un proceso exergónico. Como resultado de la degradación de estas moléculas, se obtienen energía y compuestos más sencillos. Los sustratos poseen mayor energía que los productos.

La energía obtenida va a ser utilizada en tres procesos:

• Biosíntesis
• Transporte
• Movimiento

Anabolismo 
 

Es la fase del metabolismo implicada en la construcción o biosíntesis de los componentes moleculares de las células y de aquellas sustancias necesarias para el organismo. Por ejemplo proteínas de todo tipo, ácidos nucleicos, polisacáridos, lípidos.

A partir de compuestos sencillos se sintetizan moléculas complejas, esto requiere un gran aporte de energía. Es una actividad endergónica. El producto posee mayor energía que el sustrato.

Funciones:

• Recambio metabólico: renovación de moléculas viejas a nuevas
• Crecimiento y reproducción
• Reserva de energía

Adenosín  – Trifosfato: ATP 
 

Hay moléculas que captan la energía liberada en las reacciones catabólicas y la ceden en todos aquellos lugares en donde se requiere aporte de energía. Son intermediarios entre los procesos exergónicos y endergónicos. Una de esas moléculas es el ATP.

La conservación inmediata de la energía liberada en las reacciones catabólicas se logra invirtiendo dicha energía en la síntesis de moléculas de ATP a partir de ADP más Pi.

Las reacciones catabólicas ocurren en una célula de manera espontánea. Las anabólicas acoplan las reacciones a la hidrólisis de ATP, donde la energía liberada resulta tan importante que la síntesis se transforma en un proceso energéticamente posible. 
 

Enzimas 
 

Una forma de acelerar la velocidad de una reacción es mediante el empleo de catalizadores. Estas sustancias se combinan con los reactivos y sin consumirse en la reacción, disminuyen la energía necesaria para lograr el estado de transición. Así, los catalizadores aceleran la velocidad de reacción porque reducen la energía de activación requerida por los reactantes.  
 

• Actúan en baja concentración
• No sufren alteraciones durante la reacción
• No afectan el equilibrio de la reacción, sino la velocidad
• Son específicas
• La actividad enzimática está sujeta a regulación
• Son proteínas

Todas las enzimas son proteínas globulares. En algunos casos la actividad biológica de la enzima depende solamente de la estructura terciaria de la proteína. En otros casos, la proteína debe asociarse a otro componente, no-proteico, denominado cofactor.

El complejo proteína-cofactor recibe el nombre de holoenzima y es biológicamente activo. La proteína sola, separada del cofactor recibe el nombre de apoenzima. Los cofactores enzimáticos pueden ser: iones inorgánicos (Mg++, Na+, Ca++, K+), o moléculas orgánicas no proteicas que reciben el nombre de coenzimas (FAD, NAD, NADP, CoA) 
 

Cada enzima ejerce su acción sobre un sustrato o reactivo determinado, y da lugar a un solo tipo de reacción. En un primer paso, la enzima se asocia con el sustrato para formar un complejo enzima-sustrato. En esta asociación temporaria, el sustrato se une, por medio de enlaces débiles del tipo puente de hidrógeno, a un lugar específico de la enzima llamado sitio activo. Después, el complejo enzima-sustrato de disocia, obteniéndose el producto más la enzima libre, capaz de volver a actuar.

Por otro lado, en la teoría del ajuste inducido, se dice que las enzimas no se comportan como estructuras tan rígidas como el modelo llave cerradura. Esta interpretación conocida como teoría del ajuste inducido, sostiene que a medida que progresa la unión entre el sustrato y la enzima, ésta última es inducida a adoptar una nueva conformación espacial. 
 

La actividad enzimática es modificada por el pH y la temperatura. Para cada enzima existen valores óptimos. Cuando la temperatura es baja, la actividad enzimática también lo es, debido a la poca energía cinética que poseen las moléculas. Por encima de la temperatura óptima, la velocidad de reacción disminuye debido a que las enzimas sufren modificaciones en su estructura espacial. Lo mismo pasa con el pH, las alteraciones en el grado de acidez o alcalinidad del medio afectan la disminución de cargas positivas y negativas de los grupos ionizables de las proteínas, así es como el pH puede modificar la estructura de las enzimas. 
 

Una proteína se desnaturaliza cuando pierde su conformación espacial, esto implica la pérdida de la estructura terciaria y en algunos casos la secundaria. O sea, una proteína desnaturalizada no pierde su identidad química, pero carece de actividad biológica. Temperaturas altas son una causa, como también las variaciones en el pH.  
 

Cuando todas las condiciones se mantienen constantes, las concentraciones de sustrato y producto regulan la actividad de la reacción. Cuando la concentración de sustrato es baja, la velocidad inicial es directamente proporcional a la concentración del sustrato. A medida que aumenta la concentración de sustrato, el aumento de la velocidad de reacción deja de ser proporcional, hasta que se alcanza una velocidad máxima. En ese punto se dice que la enzima fue saturada por el sustrato.  
 

La actividad de una enzima puede ser inhibida total o parcialmente por inhibidores.

• Inhibición reversible competitiva: el inhibidor se puede unir al sitio activo de una enzima compitiendo con el sustrato normal de dicha enzima, pero no puede ser transformado en producto. Mientras el inhibidor permanezca unido al sitio activo, la enzima no tiene actividad catalítica.
• Inhibición reversible no competitiva: una sustancia se combina con una enzima uniéndose a un sitio distinto del sitio activo, lo cual provoca una modificación de la estructura espacial de la enzima que afecta al sitio activo, dificultando la formación del complejo enzima-sustrato.
• Inhibición irreversible: el inhibidor se une a la enzima y la elimina de la reacción. Nunca puede ser desplazada.

Regulación celular del metabolismo 
 

Todas las rutas metabólicas están sujetas a regulación. Un nivel primario de regulación está dado por las condiciones de pH y temperatura, así también por las concentraciones de sustratos, productos y cofactores. Un segundo nivel de regulación, se desarrolla sobre ciertas enzimas que, por sus características especiales cumplen, además de su rol, un papel importante como reguladoras del metabolismo.

Dos clases de enzimas reguladoras son:

• Enzimas alostéricas: además del sitio activo, tienen un sitio alostérico al cual puede unirse un compuesto llamado modulador. Algunos moduladores estimulan la unión de la enzima a su sustrato, otros inhiben la actividad enzimática. Pueden adoptar dos conformaciones, relajada y tensa. Cuando es modulador positivo ponen la forma relajada y así aumentan la afinidad de la enzima por su sustrato. Las enzimas alostéricas participan en un mecanismo regulatorio muy difundido en el metabolismo celular denominado inhibición por producto final. En este caso, el producto final de una secuencia de reacciones actúa como inhibidor específico de una enzima alostérica que cataliza la primera o segunda reacción de la secuencia. De esta manera, una alta concentración del producto final puede inhibir a toda la vía metabólica actuando únicamente sobre una enzima alostérica situada al comienzo de la misma, autorregulando su propia producción.
• Enzimas moduladas: pueden presentarse bajo una forma activa o una inactiva. Mientras está en su forma inactiva, no tiene actividad catalítica. Cuando la célula requiere su acción, una enzima la convierte en la forma activa, capaz de transformar un sustrato en producto. Una vez cumplida la función, otra enzima la convierte  a la forma inactiva.

Además existen mecanismos específicos de regulación, que permite u tercer nivel de regulación a través del control genético de la síntesis de enzimas. Actúan las enzimas constitutivas y las inducidas. Normalmente la síntesis de estas enzimas está reprimida. La presencia del sustrato induce la síntesis de la enzima que lo va a transformar en producto. Cuando todo el sustrato fue transformado, la enzima es degradada y su síntesis es nuevamente reprimida.  
 

Un cuarto nivel de regulación, solamente para los organismos que tienen sistemas endocrinos productores de hormonas, es el control hormonal. Las hormonas sólo actúan sobre aquellas células que poseen los receptores específicos capaces de reconocerlas, una vez producida la unión entre hormona y su receptor, se dispara una serie de reacciones químicas que generan una estimulación o una inhibición de ciertas actividades metabólicas en dichas células 
 

Metabolismo intermedio 
 

Es la suma de todas las reacciones enzimáticas que tienen lugar en la célula. El metabolismo tiene funciones específicas como obtener energía química o fabricar o degradar todas las biomoléculas necesarias para la célula. En este metabolismo intermedio existen cientos de reacciones y de enzimas que catalizan las reacciones. En una célula existen “atajos” o vías alternativas, siempre y cuando las células posean las enzimas necesarias para utilizarlas, esto se denomina flexibilidad metabólica. Determinados productos intermedios de una ruta catabólica, pueden transformarse en sustratos de una ruta anabólica, a este tipo de rutas se las denomina anfibólicas. Las reacciones pueden transcurrir en un sentido y otro a través de determinadas enzimas y en distintas situaciones fisiológicas celulares, dando lugar a la degradación completa de una biomolécula, o suministrando pequeñas moléculas que se utilicen como precursores en una reacción de síntesis.  
 

Procesos catabólicos 
 

A la degradación total de una molécula orgánica donde se obtiene materia inorgánica se la denomina respiración. Las moléculas se oxidan y el oxígeno se reduce. Si esta transcurre en presencia de oxígeno hablamos de respiración aeróbica. Si en lugar de oxígeno se reducen compuestos de nitrógeno o de azufre, hablamos de respiración anaeróbica. Pero si como resultado de la degradación de materia orgánica obtenemos otra molécula orgánica pero más sencilla, ya no es respiración, sino fermentación, que ocurre sin la presencia del oxígeno.

Glucógeno y almidón son las principales fuentes de energía. Pero una célula puede obtener energía a partir de la degradación de grasas y de proteínas.

La degradación metabólica de los alimentos ocurre en tres fases:

1. Transformación de los biopolímeros de la alimentación en sus monómeros integrantes
2. Degradación de los monómeros hasta metabolitos intermediarios. En esta etapa se almacena algo de energía en forma de ATP y se producen coenzimas reducidas.
3. Degradación completa de los metabolitos intermediarios y oxidación de las coenzimas. Esta fase es la de mayor liberación de energía en forma de ATP.

Catabolismo de los hidratos de carbono – Respiración aeróbica 
 

• Degradación: se rompen los enlacen C-C del carbohidrato
• Oxido-reducción: se liberan H y electrones que serán captados por otro compuesto
• Conservación de la energía: la ruptura de los enlaces C-C implica liberación de energía que es conservada mediante la formación de ATP

La respiración consta de varias etapas: glucólisis, Ciclo de Krebs o ácidos tricarboxílicos, Cadena respiratoria y fosforilación oxidativa. 
 

Glucólisis: Ocurre en el citoplasma. A partir de un 6 carbonos se logran 2 ácidos pirúvicos. Tiene dos fases:

1. La glucosa se activa, fosforilándose, con el consiguiente consumo de ATP
2. Se producen REOX obteniéndose dos moléculas de 3 átomos de C cada una, a partir de una molécula de 6 átomos de carbono. En la ruptura de este enlace, se libera energía que se conserva mediante la formación de ATP.

Si se observan todos los intermediarios desde la glucosa hasta el ácido pirúvico, se ve que todos son compuestos fosforilados porque: cuando el compuesto se fosforila, se transforma en muy polar, y esto impide que atraviese la membrana y salga de la célula por simple difusión. Porque al estar fosforilados, los grupos fosfatos actúan como enlazantes para formar los complejos E-S, intermediarios en toda la reacción catalizada por enzimas. T porque los grupos fosfatos conservan la energía y permiten formar ATP. 
 

Ciclo de Krebs: este ciclo se produce en las mitocondrias y se logra la ruptura de enlaces C-C del compuesto carbonado en cuestión. Pero este compuesto no es el ácido pirúvico que se obtiene en la glucólisis. Previamente al ciclo de Krebs se produce un paso obligado que permite la incorporación de los glúcidos a este ciclo: el ácido pirúvico ingresa a la mitocondria, reacciona con la coenzima A, a la vez que se descarboxila y se oxida, produciéndose acetil CoA, un compuesto reactivo, que presente en la matriz mitocondrial puede incorporarse al ciclo de Krebs.

Este proceso está catalizado por un complejo multienzimático, la piruvato deshidrogenasa. Esta es una enzima clave, ya que esta reacción es irreversible. Permite pasar de moléculas de tres carbonos a moléculas de dos carbonos. El acetil CoA se incorpora a un ciclo, condensándose con un compuesto de 4 átomos de carbono y a través del Cuilco se van degradando restos acetilos (de dos átomos de carbono) hasta CO2 y átomos de hidrógeno reducen las coenzimas NAD+ y FAD+.

En el ciclo el carbono se oxida, por lo tengo hay compuestos que se reducen: NADH+H y FADH. Estas son coenzimas con alto poder reductor.

Obtiene energía bajo la forma de GTP 
 

Cadena respiratoria y fosforilación oxidativa: Ambas etapas ocurren de manera acoplada y en las crestas mitocondriales. Dijimos que la célula obtenía poder reductor a través de la formación de NADH+H y FADH. Estas coenzimas se reducen cuando las enzimas deshidrogenasas extraen hidrógenos de la glucosa u otro sustrato y los transfieren al NAD o FAD.

Los electrones de alta energía que transportan las coenzimas reducidas van a ser ahora transferidos a una serie de moléculas transportadoras: los citrocromos, que van a transferir esos electrones al O2 reduciéndolo y formando H2O. Los citocromos forman parte de la cadena respiratoria. A medida que los electrones van pasando a través de ellas, van disminuyendo su nivel de energía. Esa energía que se va liberando es captada por el ADP que junto con Pi, permite formar un tercer enlace fosfato en la molécula formándose ATP, esto constituye la fosforilación oxidativa.

Así, en cada eslabón de la cadena hay distinta cantidad de energía, y por cada NADH+H que entra se pueden obtener 3 ATP (sólo los mitocondriales) mientras que por cada FADH se obtienen 2 ATP. 
 

Por la oxidación total de una molécula de glucosa, se obtienen 36 ATP. 
 
 

Catabolismo de los hidratos de carbono – Respiración anaeróbica 
 

Dijimos que es otra de las formas de la degradación de un carbohidrato donde el O2 no interviene. En este caso, el último aceptor de electrones de la cadena respiratoria no es el oxígeno, sino compuestos como nitratos, sulfatos, etc. El resto del proceso se cumple de igual manera que en la aeróbica.  
 

Catabolismo de los hidratos de carbono – Fermentación 
 

En este proceso catabólico, la glucosa no se degrada totalmente a CO2 y H20 sino que se obtiene otra molécula orgánica más sencilla. Ocurre en el citoplasma y consta de dos etapas:

• Glucólisis
• Reducción del ácido pirúvico: permite recuperar la coenzima NAD+ oxidada, mientras que el pirúvico se reduce. Cuando este se reduce se forma en fermentaciones lácticas, alcohólicas, etc. En la láctica el pirúvico se transforma en ácido láctico y la NADH+H se oxida. En la alcohólica, el pirúvico se reduce a etanol y la NADH+H se oxida.

Catabolismo de lípidos 
 

La degradación de lípidos es fundamentalmente una hidrólisis.

1. Triglicéridos: dan lugar a glicerol y ácidos grasos.
2. Fosfolípidos: dan lugar a glicerol, ácidos grados, ácido fosfórico, y compuestos polares
3. Esteroides: dan lugar a ácidos grasos y esteroles.

A su vez, cada uno de estos productos de hidrólisis se degradan así:

      a) Ácidos grasos: siguiendo un proceso de beta oxidación

      b) Diversos compuestos polares: siguen vías degradativas parecidas a las    de los azúcares

      c) Esteroides: se eliminen con muy ligeras modificaciones en su molécula 
 

Beta oxidación: La oxidación de ácidos grasos ocurre parte en el citoplasma y parte en las mitocondrias y se pueden dividir en etapas:

• Los ácidos grasos se activan a través de complejas reacciones enzimáticas en el citoplasma
• Así activados son transformados en acetil CoA y son transportados a través de las membranas mitocondriales hasta la matriz mitocondrial.

A partir de este punto se suceden una serie de reacciones de hidrólisis que dan lugar a la formación de acetil CoA. Los acetil CoA se oxidan en el ciclo de Krebs rindiendo CO2. Paralelamente se producen reacciones de deshidrogenación que dan lugar  ala formación de NADH+H  y FADH que se incorporan a la cadera respiratoria y a medida que los electrones pasan a través de los citocromos y llegan al O2 reduciéndolo y formando H20, la energía que se libera se utiliza para formar ATP.

¿Cuántas vueltas de Krebs será necesario dar para oxidar un ácido graso?

Por ejemplo de la oxidación completa de un ácido graso de 16 carbonos se forman 8 acetil CoA, 7 NADH+h y 7FADH, por lo tanto serán necesarias 8 vueltas de Krebs y se obtendrán 130 moléculas de ATP 
 

Catabolismo de proteínas 
 

Si las proteínas se hallan en exceso pueden emplearse para energía:

1. Se hidrolizan dando aminoácidos libres, a través de enzimas específicas.
2. Los aminoácidos libres pierden sus gripos amino que se transforman un urea, amoníaco o ácido úrico según el tipo celular del que se trate y son excretados o usados en la síntesis de compuestos nitrogenados.
3. Los esqueletos carbonados que quedan, se oxidan a CO2 a través del ciclo de Krebs. Aunque las rutas catabólicas son distintas en los diferentes aminoácidos, casi todos convergen en unas pocas rutas que llevan a la producción de pirúvico y acetil CoA.

Catabolismo del grupo hemo 
 

La parte proteica de la hemoglobina y sus derivados se hidroliza para dar aminoácidos. E átomo de hierro se reutiliza y el esqueleto carbonado se degrada formando bilirrubina y otros compuestos llamados pigmentos biliares.

Catabolismo de purinas y pirimidinas: las bases nitrogenadas se degradan formando amoníaco y compuestos de dos o tres carbonos o ácido úrico.  
 

Procesos anabólicos 
 

En toda biosíntesis se realiza un trabajo químico y para todo trabajo se necesita energía, que viene dada en gran parte del ATP. Cuando a partir de sustancias simples se obtienen otras más complejas, estas sustancias se reducen y este poder reductor es aportado por el NADH+H o el HADPH+H, etc.  
 

Anabolismo (biosíntesis) de hidratos de carbono 
 

La glucólisis era utilizada en los procesos catabólicos. En ella, la glucosa se transformaba en ácido pirúvico. El proceso inverso para la biosíntesis de glúcidos es la gluconeogénesis y ocurre en el citoplasma. A la ruta central de síntesis de glucosa, convergen otras rutas accesorias que aportan precursores no glucídicos, como por ejemplo intermediarios del ciclo de Krebs, cadenas carbonadas de aminoácidos, etc. Y que dan lugar ala formación de otros monosacáridos, disacáridos, polisacáridos de reserva como glucógeno y almidón, componentes de paredes y cubiertas celulares como celulosa, glicoproteínas, etc. 
 

Anabolismo (biosíntesis) de lípidos 
 

La biosíntesis de ácidos grasos se realiza íntegramente en el citoplasma y transcurre a través de un grupo de enzimas distintas a las que corresponden a la beta oxidación.

El precursor clave para la síntesis de lípidos es el Acetil CoA al cual convergen las rutas catabólicas de los carbohidratos, como de aminoácidos y lípidos a partir del cual pueden obtenerse colesterol, hormonas, esteroides, fosfolípidos y lípidos de almacenaje. La glucosa que se ingiere en exceso se transforma por glucólisis en acetil CoA, a partir del cual se sintetizan nuevos lípidos. 
 

Anabolismo (biosíntesis) de aminoácidos 
 

Difieren en los distintos organismos, las fuentes de nitrógeno que utilizan para la síntesis de aminoácidos. Los animales superiores utilizan amonio y las plantas o bacterias pueden utilizar nitritos, nitratos y hasta nitrógeno atmosférico. Las rutas de síntesis de los 20 aminoácidos son diferentes y complejas, utilizando además secuencias polienzimáticas distintas. Por lo tanto es muy complejo hablar de un esquema biosíntetico general de proteínas. 
 

Anabolismo (biosíntesis) del grupo hemo 
 

Este grupo forma parte de las hemoproteínas y se sintetiza a partir del aminoácido glicina y de un intermediario del ciclo de Krebs, el succinil-CoA. 
 

Anabolismo (biosíntesis) de nucleótidos 
 

Los nucleótidos de purina se sinterizan a partir de derivados de la ribosa fosfato y sobre este se incorporan los componentes del anillo nitrogenado.

En cambio, en los nucleótidos pirimidínicos, primero es sintetiza la base libre y luego se une la ribosa fosfato. Existe una enzima capaz de transformar la ribosa en 2-desoxirribosa para formar los desoxirribonucleótidos.  
 

Fotosíntesis 
 

Es un proceso que forma parte de los procesos de biosíntesis de glúcidos, pero sólo se produce en vegetales, algas y algunas bacterias. La energía lumínica se transforma en energía química. Esa energía lumínica es captada a través de una serie de compuestos capaces de recibirla que son los pigmentos fotosintéticos. Estos se agrupan en sistemas denominados Fotosistemas, que captan determinadas longitudes de onda de la luz. Entre estos pigmentos se destaca la Clorofila. Estos pigmentos trabajan asociados a la membrana de los tilacoides.

Una vez captaba la energía lumínica, se transforma en energía química, que será almacenada en los enlaces C-C de los carbohidratos que se biosintetizan. Y estos carbonos para sintetizar carbohidratos salen del CO2 atmosférico que es fijado a través de este proceso.

Este proceso consta de dos etapas que se llevan a cabo mediante reacciones REDOX y catalizadas por enzimas. 
 

• Etapa fotoquímica: depende de la luz y consiste en transformar la energía lumínica en química en forma de ATP. Como consecuencia de la hidrólisis (fotólisis) del agua, esta se oxida desprendiéndose O2 a la atmósfera y reduciéndose la coenzima NADPH+H. se produce en la granas de los cloroplastos. Los pigmentos accesorios funcionan como receptores suplementarios de luz, captando otras longitudes de onda y transfiriéndolas hacia la clorofila. Cuando los electrones de un fotosistema captan la luz, se excitan aumentando la energía y haciendo que se desprendan de esa molécula para pasar a otras moléculas aceptoras de distinto nivel energético. Paralelamente, se produce una ruptura del agua, lo que genera por un lado O2 y por el otro H. estos H junto con algunos electrones de los liberados anteriormente reducen a la coenzima NADP generando NADPH+H que será utilizado como poder reductor para reducir al CO2 y formar carbohidratos en la segunda etapa. Algunos otros de los electrones liberados por los fotosistemas generan energía suficiente como para fosforilar ADP y obtener ATP que también será utilizado después. Los pigmentos fotosintéticos se agrupan en dos fotosistemas distintos que tienen la capacidad de captar diferentes longitudes de onda de la luz que incide sobre ellos, pero cumplen entre sí papeles complementarios. De esta manera los electrones que se desprenden del fotosistema I, reducen al NADP, los del fotosistema UII llenan el hueco que había quedado en el fotosistema I y los que se desprenden por hidrólisis del agua, llenan el hueco del fotosistema II.
• Etapa bioquímica: no depende directamente de la luz, pero sí de los productos obtenidos en la primera etapa y consiste en la fijación de CO2 para formar glucosa. Ocurre en el estroma de los cloroplastos. Las enzimas presentes en el estroma del cloroplasto, regulan una serie de reacciones bioquímicas que permiten la reducción del CO2 y su fijación por medio de la condensación que permite la formación de glucosa. Este proceso ocurre en forma de ciclo. A partir de una molécula de 5 átomos de carbono, que acepta la adición del CO2 se obtienen moléculas de 3 átomos de carbono (que al asociarse forman moléculas de 6 carbonos como glucosa) y se regenera el compuesto inicial. Este es el Ciclo de Calvin. Por cada molécula del ciclo se forma un CO2. tiene que dar 6 vueltas. Hay que crear uniones químicas para unir esos carbonos, por lo que necesito ATP. Se tiene que oxidar la enzima reducida de la primera etapa. De este sistema sale la glucosa.