Transporte de Membrana Celular

• Unidad Didáctica 2 trata sobre la composición de las células
• Se centra en las moléculas de las células y las membranas celulares

Moléculas de las células

• Las células son estructuras complejas y diversas, capaces de replicarse y especializadas en organismos pluricelulares
• Están compuestas por agua, iones inorgánicos y moléculas orgánicas (que contienen carbono)

El agua

• Representa el 70% o más de la masa celular
• Es una molécula polar que forma puentes de hidrógeno entre sí o con iones cargados
• Los iones y las moléculas polares son hidrófilos y solubles en agua
• Las moléculas no polares son hidrófobas y escasamente solubles en agua

Iones inorgánicos

• Representan el 1% o menos de la masa celular
• Están implicados en el metabolismo celular y funciones celulares
• Na+ (sodio), K+ (potasio), Mg2+ (magnesio) y Ca2+ (calcio) son iones inorgánicos importantes
• HPO₄²⁻ (fosfato), Cl⁻ (cloro) y HCO₃⁻ (bicarbonato) también son iones importantes

Moléculas orgánicas

• Se dividen en carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos
• Las macromoléculas (proteínas, ácidos nucleicos y la mayoría de los carbohidratos) son formadas por polimerización
• Los precursores de bajo peso molecular son aminoácidos, nucleótidos o azúcares simples, respectivamente
• Las macromoléculas representan el 80%-90% del peso seco de la mayoría de las células

Carbohidratos

• Los carbohidratos se componen de azúcares simples (monosacáridos) y polisacáridos
• Los azúcares simples son nutrientes principales y material inicial para la síntesis de otros compuestos celulares
• Los polisacáridos son formas de reserva de azúcares y componentes estructurales de la célula
• La fórmula básica de los monosacáridos es (CH₂O)n, donde 'n' es el número de átomos de carbono
• El azúcar de 6 carbonos (glucosa) constituye la fuente principal de energía
• Los azúcares simples tienen entre 3 y 7 carbonos, siendo los de 3 a 5 carbonos los más comunes
• Las formas predominantes dentro de las células son los azúcares con 5 o más carbonos que se ciclan para formar estructuras anulares
• Los azúcares ciclados existen en dos formas (α y β) en función de configuración del C1
• Los monosacáridos se unen mediante reacciones de deshidratación por un enlace glicosídico o glucosídico
• Si se unen pocos azúcares, forman un oligosacárido, mientras que muchos azúcares forman un polisacárido
• El glucógeno y el almidón, son polisacáridos comunes que almacenan carbohidratos en células animales y vegetales.
• Tanto el glucógeno como el almidón están compuestos completamente por moléculas de glucosa en configuración α
• Los polisacáridos contienen enlaces α (1→6), lo que conlleva a la formación de ramificaciones
• El almidón consiste en amilosa y amilopectina: proporción 1:3
• La amilosa está compuesta de 200 a 2000 moléculas de glucosa en cadenas no ramificadas
• Las moléculas de amilopectina contienen entre 10000 y 20000 unidades de glucosa
• A diferencia de esto, la celulosa, que tiene función estructural en la célula, es compuesta por moléculas de glucosa que presentan una conformación β y enlaces β(1→4)
• Muchos polisacáridos están unidos a proteínas y funcionan como marcadores para dirigir a proteínas
• También actúan como marcadores en la superficie celular, importantes en el reconocimiento celular y en las interacciones entre las células

Lípidos

• Los lípidos tiene funciones fundamentales en las células, como fuente importante de energía y componente principal de las membranas celulares
• También participa en la señalización celular como hormonas esteroideas (estrógenos y testosterona) o como mensajeros moleculares
• Los ácidos grasos son los lípidos más simples, con largas cadenas hidrocarbonadas y un grupo carboxilo COO- en el extremo
• A diferencia de los ácidos grasos saturados (como el palmitato o estearato), los ácidos grasos insaturados tienen enlaces dobles
• Las cadenas largas hidrocarbonadas de ácidos grasos contienen enlaces C-H no polares, que son incapaces de reaccionar con el agua
• La naturaleza hidrófoba de los ácidos grasos contribuye al comportamiento de los lípidos complejos y a la formación de las membranas biológicas
• Los ácidos grasos se almacenan en forma de triglicéridos o grasas, que consisten en tres moléculas de ácidos grasos ligados a una molécula de glicerol
• Los triglicéridos son insolubles en agua y se acumulan en forma de gota de grasa en el citoplasma
• Cuando es necesario, son degradados para su utilización como moléculas precursoras de energía
• Los ácidos grasos son formas de almacenamiento que los carbohidratos y producen más del doble energía
• Las grasas requieren un menor peso corporal que los carbohidratos
• Los fosfolípidos son los principales componentes de las membranas celulares, con dos moléculas de ácido graso y un grupo polar de cabeza, unidos en una molécula de glicerol
• El tercer carbono del glicerol está unido a un grupo fosfato, formando ácido fosfatídico
• El grupo fosfato se encuentra fuertemente unido a una molécula polar pequeña (fosfatidiletanolamina, fosfatidilcolina, fosfatidilserina o fosfatidilinositol).
• En la esfingomielina, las cadenas de ácido graso se unen a un grupo polar de cabeza formado por serina
• Los fosfolípidos tienen colas hidrófobas y grupos hidrófilos de cabeza que son moléculas anfipáticas
• Además de fosfolípidos, las membranas celulares contienen glicolípidos y colesterol
• En los glicolípidos, la molécula polar de cabeza está constituida por carbohidratos
• El colesterol consta de anillos hidrocarbonados que son intensamente hidrófobos, pero puede considerarse una molecula anfipatica porque el grupo hidroxilo (OH) unido a un extremo del colesterol es debilmente hidrofilo
• La testosterona y el estradiol son hormonas esteroideas derivadas del colesterol y intervienen en la señalización intercelular

Ácidos nucleicos

• Las principales moléculas de información son los ácidos nucleicos
• El ácido desoxirribonucleico (ADN) desempeña un papel único como material génetico y se encuentra en el núcleo (y también en las mitocondrias) en células eucariotas
• El ácido ribonucleico (ARN) participa en distintas actividades celulares
• El ARN mensajero (ARNm) transporta la información desde el ADN a los ribosomas, para la síntesis de proteínas
• El ARN ribosómico (ARNr) y el ARN de transferencia (ARNt) también intervienen en la síntesis de proteínas
• El ADN y el ARN son polímeros de nucleótidos con bases de purinas y pirimidinas y azúcares fosforilados
• Las purinas son A (adenina) Y G (guanina), mientras que las pirimidinas son C (citosina), T (timina), U (uracilo)
• Las bases están ligadas a azúcares (2'-desoxirribosa en el ADN y ribosa en el ARN) formando nucleósidos
• Los nucleótidos contienen grupos fosfatos unidos al C-5 de los azúcares de los nucleósidos
• La polimerización de los nucleótidos para formar ácidos nucleicos implica la formación de enlaces fosfodiéster (entre el 5'-fosfato de un nucleótido y el 3'-OH)
• Los oligonucleótidos son pequeños polímeros
• Los polinucleótidos componen el ARN 0 ADN celular y pueden tener miles o millones de nucleótidos
• Una cadena de nucleótidos tiene un sentido, con un extremo de la cadena terminado en un grupo 5'-fosfato y el otro con un grupo 3'-hidroxilo
• Los polinucleótidos se sintetizan en dirección 5'→3'
• Las secuencia de ARN y ADN siempre se escribe en la dirección 5'→3'
• La información del ARN y del ADN se transmite por el orden de las bases
• El ADN tiene una molécula de doble cadena que discurren en direcciones opuestas
• Las bases se encuentran en la parte interna de la molécula, y las dos cadenas están unidas por puentes de hidrógeno entre los pares de bases complementarios
• La información contenida en el ADN y ARN dirige la síntesis de proteínas específicas y controla la mayor parte de la actividad celular
• Los nucleótidos tienen papeles en otros procesos biológicos, por ejemplo la molécula de ATP
• Algunos nucleótidos como el AMP c funcionan como integrantes de rutas de señalización intercelular

Proteínas

• El término deriva del griego proteios, que significa ‘de primer rango’
• Las proteínas se encargan de ‘ejecutar’ las tareas definidas en la información codificada en los ácidos nucleicos
• Son las macromoléculas más variadas. Las funciones incluyen componentes estructurales, transporte, almacenamiento, transmisores de información y defensas
• Las proteínas son polímeros de 20 aminoácidos (aa.) distintos
• Cada aa. está compuesto por un carbono (Cα), ligado a un grupo carboxilo (COO⁻), un grupo amino (NH₃⁺), un átomo de hidrógeno y una cadena lateral
• Las propiedades químicas están definidas por la naturaleza de la cadena lateral R
• Los aa. están distribuidos en función de la naturaleza de R como aa. no polares, aa. polares, aa. básicos y aa. ácidos
• Los aa. están unidos por enlaces peptídicos entre el grupo α amino y el grupo carboxilo
• Los polipéptidos son cadenas lineales de aa
• Cada cadena tiene un extremo amino (N-Terminal) y un grupo carboxilo (C-Terminal)
• La secuencia de aminoácidos se escribe (por convención) desde el extremo N-terminal al C-terminal
• Proteínas son polipéptidos con una secuencia de aa
• Frederick Sanger determinó por primera vez la secuencia completa de la insulina: dos cadenas polipeptídicas unidas por enlaces disulfuro
• Las proteínas adoptan configuraciones tridimensionales características influenciadas por interacciones de sus aa, que determinan funciones
• Los 4 niveles de la estructura de las proteínas son primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria
• Estructura primaria es la secuencia de aa. de su cadena polipeptídica
• Estructura secundaria es la ordenación regular de aa. dentro de regiones localizadas como el hélice α (se enrolla sobre sí misma) y la hoja β (se encuentra uno junto a otra), que se mantienen por las cadenas laterales
• Estructura terciaria es el plegamiento de la cadena polipeptídica resultado de las interacciones entre las cadenas laterales
• Estructura cuaternaria son las interacciones entre diferentes cadenas polipeptídicas

Membranas celulares

• Definen los compartimentos internos de células eucariotas y separan el interior de la célula de su entorno
• Todas las membranas comparten organización estructural: bicapas de fosfolípidos y proteínas asociadas
• Las proteínas tienen funciones especializadas como transportadores, receptores, etc
• Las proteínas de membrana controlan las interacciones entre células en organismos pluricelulares

Lípidos de membrana

• Los fosfolípidos son moléculas anfipáticas con dos cadenas de ácidos grasos hidrófobos y cabeza hidrófila con fosfato
• Como las colas de ácidos grasos son insolubles en agua, los fosfolípidos forman bicapas fosfolipídicas en medios acuosos
• Estas bicapas representan la estructura básica de las membranas biológicas
• Los lípidos constituyen el 50% de la masa de la mayoría de las membranas celulares
• La proporción de las membranas plasmáticas son aproximadamente 50% lípidos/proteínas
• Las membranas mitocondriales tienen hasta un 75% de proteínas
• Hay un grado de asimetría entre las dos membranas basado en la composición de lípidos y proteínas
• Los lípidos se comportan como fluidos bidimensionales donde las moléculas pueden rotar y moverse lateralmente
• La fluidez depende de la temperatura y de la composición lipídica
• El colesterol, proporciona rigidez e interactúa con las cadenas hidrófobas de los ácidos grasos

Proteínas de membrana

• Constituyen entre el 25-75% de la masa de diversas membranas celulares
• En el modelo actual, las proteínas están insertadas en la bicapa lipídica y proporcionan organización estructural y definen las funciones específicas
• Se dividen en proteínas integrales (embebidas en la bicapa lipídica, atravesando por completo) y periféricas (no insertadas, pero asociadas)
• Los lípidos pueden anclar las proteínas a la membrana y unirse a la vertiente citosólica

Transporte a través de las membranas celulares

• La permeabilidad selectiva a las moléculas pequeñas permite a la célula controlar y mantener su composición interna
• Solo moléculas pequeñas no cargadas, moléculas no polares y ciertas moleculas polares (H₂O) pueden difundir libremente la membrana
• Las moléculas polares mayores (glucosa) o los iones cargados, no pueden difundir la membrana
• Ciertas proteínas de membrana (transportadoras de membrana) transportan sustancias, que se clasifican en canales proteínicos (conforman poros) y proteínas transportadoras (unen y transportan moléculas pequeñas selectivamente)
• Las moléculas transportadas cruzan las membranas en la dirección enérgicamente favorable por transporte pasivo ya que es determinado por gradientes electroquímicos
• Las moléculas también pueden ser transportadas en una dirección energéticamente desfavorable requiriendo el consumo de energía (transporte activo)

Este cuestionario explora los principios del transporte celular, incluyendo el transporte activo y pasivo. Evalúa la comprensión del papel del ATP y el movimiento de moléculas a través de las membranas celulares y el metabolismo de lípidos.