Estructura y función celular

Estructura y función celular

• Todos los seres vivos están compuestos por células.
• Los organismos son el resultado de las actividades e interacciones de sus células individuales.
• La relación superficie/volumen influye en la regulación y la homeostasis celulares.
• La homeostasis es el proceso mediante el cual una célula mantiene el equilibrio interno ajustándose a condiciones extremas.

Células procariotas

• El ADN se encuentra disperso en el citoplasma.
• Tienen pared celular.

Células eucariotas

• Contienen plastidios, vacuolas e hidrogenosomas.
• El ADN se encuentra dentro del núcleo.
• La pared celular está presente solo en bacterias, plantas, hongos y arqueas, pero no en células animales.

Orgánulos con membrana

• Núcleo: protege, controla el acceso al ADN y crea ribosomas.
• Retículo endoplasmático: crea y modifica polipéptidos y lípidos (síntesis proteica).
• Aparato de Golgi: modifica, almacena, exporta y ordena polipéptidos.
• Vesículas: transportan o almacenan sustancias.
• Mitocondrias: crean ATP mediante la descomposición de la glucosa.
• Cloroplastos: forman azúcares.
• Lisosomas: realizan la digestión intracelular.
• Peroxisoma: descompone ácidos grasos y toxinas.
• Vacuola: almacena y descompone sustancias.
• Plastidios: producen o almacenan compuestos importantes para la planta.

Orgánulos sin membrana

• Ribosoma: ensambla polipéptidos.
• Centriolos: sujetan el citoesqueleto.
• Citoesqueleto: contribuye a la forma, organización interna y movimiento de la célula.

Pared celular

• Bacterias: compuesta de polisacáridos, proteínas y peptidoglicano.
• Arqueas: compuesta de proteínas o glicoproteínas.

Bacterias Grampositivas

• Tienen monodermas (la membrana está debajo de la pared, no interrumpe la tinción).
• Su pared gruesa atrapa el cristal violeta, por lo que se tiñen de color púrpura.

Bacterias Gramnegativas

• Tienen didermas (una membrana encima y otra debajo de la pared, la externa interrumpe la tinción).
• Su pared delgada no atrapa el cristal violeta, pero atrapa la contratinción, por lo que se tiñen de color rosa.

Células eucariotas

• Sistema de endomembranas, que incluye la membrana nuclear, el RE, el aparato de Golgi y las vesículas.
• Citoesqueleto.

Centriolo

• Crea microtúbulos que ayudan a la forma y estructura celular.

Glucocálix

• Capa compuesta principalmente de carbohidratos.
• Esencial para la adhesión, forma e identificación celular, así como para el reclutamiento celular desde el torrente sanguíneo.

Matriz extracelular

• Constituida principalmente por proteínas
• Esta matriz proporciona soporte mecánico a los tejidos, mantiene la forma celular y permite la adhesión celular.
• Contiene fibras de colágeno, proteoglicanos y otras proteínas que interactúan con las células a través de las integrinas.

Estructura y función de la membrana plasmática

• La membrana plasmática está descrita por el modelo del mosaico fluido.
• Es dinámica y asimétrica.
• Está compuesta por fosfolípidos, proteínas, carbohidratos y colesterol.
• Interactúan para mantener la fluidez y funcionalidad de la membrana.

Fosfolípidos

• Tienen una cabeza hidrofílica y un cuerpo hidrofóbico.
• Ácidos grasos saturados: no tienen dobles enlaces y son sólidos a temperatura ambiente.
• Ácidos grasos insaturados: tienen al menos un doble enlace y son líquidos a temperatura ambiente.

Los factores que aumentan la viscosidad

• Ácidos grasos insaturados.
• Temperatura.
• Baja concentración de colesterol.
• Mayor longitud de las colas.

Los factores que disminuyen la viscosidad

• Ácidos grasos saturados.
• Menor temperatura.
• Mayor concentración de colesterol.
• Menor longitud.

Proteínas integrales

• Atraviesan la bicapa lipídica.
• Implican la destrucción para su separación.
• Actúan como canales y transportadores de moléculas.
• Tienen funciones enzimáticas, de adhesión y de señalización.

Proteínas periféricas

• Se localizan en monocapas internas o externas.
• Interactúan eléctricamente con lípidos o proteínas.
• Presentan uniones covalentes con lípidos o ácidos grasos.
• Actúan como receptoras de moléculas mensajeras (hormonas) y contribuyen a la identidad celular.

Proteínas receptoras

• Receptoras de moléculas en la monocapa externa.
• Funciones relacionadas con la comunicación y la respuesta celular.

Proteínas de reconocimiento (glicoproteínas)

• Situadas en la monocapa externa.
• Participan en el reconocimiento celular a nivel de especie, individuo u órgano específico.

Membrana celular

• Semipermeable: permite el paso de algunas sustancias.
• El transporte a través de la membrana puede ser activo (requiere energía/ATP) o pasivo (difusión).

Osmosis

• El movimiento del agua está influenciado por las concentraciones relativas en las membranas.

Tráfico de la membrana

• Endocitosis: introduce partículas a través de vesículas.
• Exocitosis: expulsa los productos de desecho.

Uniones celulares

• GAP (unión de hendidura): permite la comunicación rápida.
• De anclaje o adherentes o desmosa: permite que las sustancias continúen pasando entre las células.
• Estrecha: no deja espacio entre las células; impide el paso de la mayor parte de las sustancias.
• La membrana plasmática actúa como una barrera selectiva

Leyes de la termodinámica

• La energía no se crea ni se destruye, solo se transforma.
• La energía utilizable se convierte en calor: cualquier proceso que incrementa la entropía puede realizar trabajo.
• Sistemas cerrados: no intercambian energía con su entorno.
• Sistemas abiertos: sí intercambian energía con su entorno.
• Los organismos son sistemas abiertos.

Entropía

• Medida del desorden de la energía (la energía utilizable tiene bajo entropía y la desorganizada, alto).

Entalpía

• Energía potencial, cantidad/flujo de energía intercambiada entre el sistema y su entorno.
• No toda la energía es utilizable al 100%; una parte se disipa como calor.

Reacciones

• Endergónicas
• Exergónicas

Energía de activación

• Energía necesaria para que una reacción ocurra, la cual se requiere para romper enlaces.

Energía libre (G)

• Energía disponible para realizar un trabajo.

ATP

• Es la moneda energética de la célula.
• El ATP se utiliza de manera inmediata y es una forma de energía.
• Otra forma de energía es la glucosa.

Rutas metabólicas

• Metabolismo: suma de todas las actividades químicas en un organismo.
• Anabolismo: ruta de síntesis de moléculas (de aminoácidos a proteína).
• Catabolismo: ruta de separación de moléculas (liberación de energía).
• Reacciones de óxido-reducción (Redox): Reducción (ganancia de electrones) y Oxidación (pérdida de electrones).

Las enzimas

• Regulan la rapidez de las reacciones a través de catalizadores.
• Todas las reacciones tienen una energía de activación
• Los cofactores reducen esta energía.
• Una enzima funciona formando un complejo enzima-sustrato
• El sustrato se engancha en el sitio activo del sustrato.
• Las enzimas son específicas: catalizan solo unas pocas reacciones.
• Muchas enzimas requieren un cofactor para funcionar.
• Las enzimas trabajan mejor en condiciones óptimas (temperatura, pH).
• Las enzimas trabajan en rutas metabólicas.
• Las células regulan las enzimas, a través de un gen específico.
• Las enzimas pueden ser inhibidas por agentes químicos; la inhibición puede ser reversible o irreversible.

Respiración aeróbica

• Requiere oxígeno
• Se transfieren electrones del H de la glucosa al oxígeno con reacciones Redox, formando ATP

Generalidades de la respiración aeróbica

• Los nutrientes se catabolizan en 12H2O y 6CO2 y ATP

Etapas de la respiración aeróbica.

• Glucólisis: tiene lugar en el citosol; una molécula de glucosa de 6 carbonos se convierte en piruvato de 3 carbonos, produciendo 2 ATP y 2 NADH.
• Formación de acetil CoA: se produce en la mitocondria; el piruvato se transforma en acetil CoA, liberando CO2 y NADH.
• Ciclo de Krebs: tiene lugar en la mitocondria; el acetil CoA se combina con una molécula de cuatro carbonos para regenerarla, produciendo ATP, NADPH, FADH2 y liberando CO2.
• Fosforilación con transferencia de electrones y quimiosmosis: la cadena de moléculas transportadoras de electrones (FADH2 y NADH) libera energía para formar un gradiente de protones, que genera ATP mediante la ATP sintasa.

Los electrones se transfieren en forma de atomos de H

• Los electrones se transfieren como átomos de H a los aceptores NAD+ y FAD. Estos compuestos se usan para la síntesis de ATP
• Conforme se mueven los electrones en la cadena, se liberan protones
• Parte de esta energía se utiliza para bombear iones de H desde la matriz hacia el espacio intermembranal.

Reacciones

• Deshidrogenaciones: H se transfiere a NAD+ y FAD.
• Descarboxilaciones: se elimina el grupo carboxilo (-COOH).
• Reacciones de preparación: reordenamiento para que se pueda someter a las otras dos reacciones.

Respiración anaeróbica

• No requiere oxígeno (fermentación).
• Vías de fermentación:
  • Cuando no hay suficiente oxígeno se oxida NADH a NAD.
  • Fermentación alcohólica y láctica.
• Transferencia anaeróbica de electrones:
  • Nitrato (NO3-) o sulfato (SO42-) sustituyen al oxígeno como aceptor de electrones.
  • No implica una cadena de transporte de electrones.
  • NADH transfiere sus H a las moléculas orgánicas, la fermentación regenera NAD+ necesario para la glucólisis.

Fuentes alternas de energía en el cuerpo humano

• Luz solar
• Variedad de pigmentos fotosintéticos.

La fotosíntesis

• Pigmento verde (clorofila) está esparcida en los cloroplastos, en el mesófilo (espacio).
• Estomas: poros microscópicos donde se intercambian gases.
• Estroma: fluido donde están la mayoría de las enzimas.
• Tilacoide: conjunto de discos.
• Clorofila es un pigmento que absorbe luz.
• La energía luminosa se convierte en energía química.
• Las reacciones dependientes de la luz se dividen en dos: aquella dependiente a la luz (en el tilacoide) y aquella de fijación del carbono (en el estroma).

Reacciones dependientes de la luz

• El FS I absorbe un fotón de luz y emite un electrón.
• Este electrón entra en una cadena de transporte de electrones hasta llegar a una proteína que transfiere el electrón al NADP+ para crear NADPH, que se libera en el estroma.
• El FS II se activa con luz y emite un electrón para donarlo al FS I.
• Parte de la energía liberada en la cadena de transporte del FS II al I bombea protones al tilacoide para crear un gradiente.
• La creación de ATP se produce mediante la fotofosforilación.
• La quimiosmosis sintetiza ATP usando el gradiente de protones creado a través de la cadena de transporte de electrones.

Ciclo de Calvin

• Absorce el CO2, reduce el carbono y regenera el RuBP.
• Ocurre en el estroma del cloroplasto.
• Una molécula de CO2 reacciona con un compuesto de 5 carbonos fosforilado (RuBP) y catalizada por el enzima rubisco.
• El carbono se ha “fijado”.

Plantas

• C3: fijan el carbono así se conocen como plantas C3.

Reducción de carbono

• La energía del ATP y NADPH se usa para convertir el PGA a G3P.
• En el ciclo entran 6 CO2 y se producen 12 PGA, así como 12 G3P, donde 2 de ellos sintetizan carbohidratos.

La fotorrespiración

• El rubisco en lugar de catalizar el carbono cataliza el oxígeno.
• El rubisco tiene más afinidad hacia el O en climas calientes.
• Las plantas cierran sus estomas para preservar el agua, pero el CO2 no puede entrar y el O2 no puede salir.

Plantas C4

• Reducen la fotorrespiración al dividir las reacciones dependientes de la luz (célula del mesófilo) y el ciclo de Calvin en células diferentes (células del haz vascular).
• El CO2 se fija en las células del mesófilo mediante PEP carboxilasa y se convierte en malato.
• El malato entra en el haz vascular, se descompone a CO2 y empieza el ciclo de Calvin.

Plantas CAM

• Reducen la fotorrespiración al dividir las reacciones dependientes de la luz y el ciclo de Calvin entre el día y la noche.
• En la noche abren los estomas para que el CO2 se difunda.
• El CO2 se convierte en malato y se guarda hasta el día siguiente en las vacuolas.
• En el día, las vacuolas liberan este malato para hacer el ciclo de Calvin; además, cierran los estomas.

Vías cíclicas

• Incluyen eventos del Fotosistema I.
• Se conocen como fotofosforilación cíclica.

Vías no cíclicas

• Incluyen eventos del Fotosistema I y II
• Reacciones de fijación de carbono

El ATP y el NADPH

• Tienen energía que no se puede almacenar pero se transfiere a los enlaces químicos de los carbohidratos

Cromosoma eucariota

• Las células somáticas son (2n) a excepción de los gametos (n).

Ciclo celular

• Interfase: las ciclinas controlan los procesos.
• Fase G1: sintetiza enzimas y proteínas; se verifica el tamaño y existen nutrientes. También conocida como fase Go o de reposo
• Fase S: El ADN se replica y las proteínas se sintetizan para que la célula pueda hacer la copia de cromosomas.
• Fase G2: se verifica si el ADN fue copiado correctamente durante la F. S.
• Fase M : produce dos núcleos con cromosomas idénticos y división del citoplasma.

Mitosis

• Profase: la cromatina se condensa a los cromosomas y duplica los cromosomas.
• Metafase: los cromosomas se alinean en el ecuador, y los cinetocoros se aseguran asegurados con el huso.
• Anafase: el huso se encoje, las cromátidas se separan y van a los polos opuestos a través de proteínas.
• Telofase: se recrea el nucleolo así como la membrana y se descompone el huso.

Citocinesis

• Proceso en que se divide el citoplasma
• Empieza en la anafase y termina poco después de la telofase.

Regulación

• Las células musculares esqueléticas se detienen, mientras que las de piel y sanguíneas se dividen toda la vida.
• Hay moléculas que regulan el ciclo; en el núcleo, la proteínas cinasa funciona con la proteína ciclina.

Apoptosis

• Muerte celular programada que beneficia la célula con fagocitos que se comen los restos.

Necrosis

• Muerte celular por daños.
• La membrana plasmática de la célula dañada no controla el paso de iones y agua, por lo que la célula se hincha y libera contenido.

Meiosis

• Profase I: ¡¡Entrecruzamiento!! Donde los cromosomas homólogos intercambian partes.
• Metafase I: cada cromosoma se une a los microtúbulos de solo UNO de los polos del huso.
• Anafase I: las cromátidas hermanas se mantienen juntas.
• Telofase I: ocurre citocinesis y se crean núcleos con una célula diploide.
• Meiosis II: se explica como una mitosis para células con un cromosoma.
• Después de todas las fases, hay cuatro células haploides en las que cada cromosoma tiene una sola cromátida

Entrecruzamiento

• En la profase I
• Los homólogos se rompen en puntos idénticos con quiasmas y se unen al cromosoma proveniente del otro progenitor.

Sinapsis

• Es el proceso por el cual los cromosomas homólogos se emparejan entre sí durante la profase I de la meiosis.

Tipos de reproducción

• En la metafase I

Reproducción asexual

• Ocurre en hongos y algas.

Aneuploidía

• Resultado es una célula con un número anormal de cromosomas
• Célula trisómica: 2n+1 Célula monosómica: 2n-1
• El cigoto es haploide femenino + haploide masculino

Conceptos básicos de herencia

• alelo
• locus
• genotipo
• fenotipo,
• dominante
• recesivo
• homocigoto
• heterocigoto
• Cruces monohíbridos.
• Cruces dihíbridos: la transmisión independiente
• Herencia y cromosoma (herencia no mendeliana)(a) Ligamiento. (b)Genes ligados al sexo.
• Codominancia
• Dominancia incompleta
• Herencia poligénica
• Pleiotropía
• Variación continua de caracteres poligénica y pleiotropía.