Energía Celular - Apuntes de PEP 2

Energía celular La mayor parte de la energía que usa la célula es provista por el ATP Síntesis de ATP Fosforilación a Nivel de Sustrato:...

Energía celular La mayor parte de la energía que usa la célula es provista por el ATP Síntesis de ATP Fosforilación a Nivel de Sustrato: - Este proceso ocurre en el citosol de la célula durante la glucólisis y en el ciclo de Krebs (ciclo del ácido cítrico) en la mitocondria. - En la fosforilación a nivel de sustrato, una molécula de ADP recibe un grupo fosfato de un sustrato intermedio, formando ATP sin la necesidad de oxígeno. - Produce una cantidad limitada de ATP. Fosforilación Oxidativa: - Es el principal mecanismo de síntesis de ATP en organismos aeróbicos y ocurre en la membrana interna de las mitocondrias. La molécula de ATP (adenosín trifosfato) es la principal fuente de energía para la mayoría de los procesos celulares Estas son sus características claves 1.- Función de los enlaces fosfato: —> Los enlaces entre los grupos fosfato, especialmente el segundo y el tercero, son conocidos como enlaces de alta energía. —> Al romperse (mediante una reacción de hidrólisis), liberan energía que las células utilizan para llevar a cabo diversas actividades. 2.- Rol en el metabolismo celular: —> El ATP se utiliza en procesos metabólicos, como la contracción muscular, el transporte activo de moléculas, la síntesis de macromoléculas y muchas otras reacciones que requieren energía en la célula. 3.- Inestabilidad: —> Debido a la repulsión entre los grupos fosfato (por sus cargas negativas), el ATP es una molécula inestable, lo que facilita su rápida conversión y liberación de energía cuando es necesario. 4.- El ATP es esencial para el mantenimiento de la vida en todos los organismos vivos, ya que actúa como una moneda energética universal. Degradación de los alimentos comienza en el sistema digestivo Hidrólisis y síntesis del ATP La primera etapa de la escisión enzimática de los alimentos tiene lugar en la Liberación de Energía: luz del tubo digestivo, de modo que es extracelular - Así mediante enzimas secretadas por diversas células de dicho tubo, los - La reacción de hidrólisis libera alrededor de 30.5 kJ/mol (7.3 kcal/mol) de hidratos de carbono se degradan a monosacáridos, especialmente glucosa; energía. los lípidos (en su mayoría triacilgliceroles) se convierten en ácidos grasos y - Esta energía es utilizada por la célula para realizar funciones como la glicerol; y las proteínas son degradadas a aminoácidos contracción muscular, el transporte activo de moléculas a través de membranas - Tras se absorbidas por el epitelio intestinal, estas moléculas ingresan en la y la síntesis de macromoléculas. sangre y por ella llegan a las células - Para asegurarse un abastecimiento continuo de energía, las células guardan Enzima Catalizadora: en el citosol parte de la glucosa y de los ácidos grasos bajo la forma de - La enzima ATPasa es la responsable de catalizar esta reacción en muchas glucógeno y de triacilgliceroles, respectivamente células, facilitando que el ATP se convierta en ADP y libere energía. Importancia en el Metabolismo: - La hidrólisis de ATP es una reacción exergónica (libera energía), y esta característica permite que el ATP funcione como una moneda de intercambio energético universal en la mayoría de las reacciones biológicas.  Energía celular La glucólisis tiene lugar en el citosol Mediante una serie de reacciones químicas agrupadas con el nombre de glucólisis en Producción de ATP a partir de esta reacción las que intervienen 10 enzimas consecutivas localizadas en el citosol Aunque la descarboxilación oxidativa del piruvato no genera ATP directamente, el Cada molécula de gucosa, que posee 6 átomos de carbono, da lugar a 2 moléculas de NADH formado durante este proceso se utiliza en la cadena de transporte de electrones para producir ATP. piruvato, que constan de 3 carbonos cada una - Cada NADH generado en la mitocondria puede generar aproximadamente 2.5 ATP mediante la fosforilación oxidativa en la cadena respiratoria. El acetil-CoA resultante de esta reacción se incorpora al ciclo de Krebs, y durante este ciclo se generan más moléculas de NADH, FADH₂ y ATP P En las mitocondrias se producen la descarboxilación oxidativa, el ciclo de Krebs y la fosforilación oxidativa Descarboxilación oxidativa del piruvato En la transición entre la glucólisis y el ciclo de Krebs, el piruvato (producto de la glucólisis) es convertido en acetilCoA a través de la descarboxilación oxidativa: - Este proceso ocurre en la matriz mitocondrial y es catalizado por el complejo de piruvato deshidrogenasa. La descarboxilación oxidativa es una reacción en la cual se elimina un grupo carboxilo de una molécula, liberando CO₂ y transfiriendo electrones a una coenzima como NAD⁺, formando NADH, que se usará para generar ATP. El ciclo de Krebs ocurre en la matriz mitocondrial en las a células eucariotas Oxidar el acetil-CoA para producir energía. Por cada vuelta del ciclo de Krebs (que procesa 1 molécula de acetil-CoA), se producen: - 2 moléculas de CO₂ (dióxido de carbono); 3 moléculas de NADH; 1 molécula de Reacción: FADH₂; 1 molécula de ATP - Piruvato + NAD + CoA —> Acetil - CoA + CO + NADH 2 - Estos compuestos se utilizan luego en la cadena de transporte de electrones y la fosforilación oxidativa para generar ATP Los procesos de la imagen: Glucólisis: El ciclo de Krebs es crucial para la producción de electrones de alta energía (NADH y - La glucólisis, que ocurre en el citoplasma, descompone la glucosa en dos moléculas FADH₂) que alimentan la cadena de transporte de electrones en la membrana interna mitocondrial, lo que finalmente produce ATP de piruvato. —> Este piruvato luego es convertido en acetil-CoA en la mitocondria antes de ingresar al ciclo de Krebs. Beta-oxidación: - Los ácidos grasos se descomponen en acetil-CoA a través de la beta-oxidación y luego entran al ciclo de Krebs. Catabolismo de aminoácidos: - Los aminoácidos también pueden convertirse en intermediarios del ciclo de Krebs (como el oxalacetato, alfa-cetoglutarato, entre otros), participando en el ciclo para producir energía. En resumen: la descarboxilación oxidativa es una reacción fundamental en el metabolismo energético, que facilita la conversión de compuestos intermedios en moléculas clave que alimentan el ciclo de Krebs y la producción de energía celular.  Energía celular Producción de ATP Cada vuelta del ciclo de Krebs no genera ATP directamente en su totalidad, pero produce F₀ (complejo transmembrana) los portadores de electrones NADH (3 moléculas) y FADH₂ (1 molécula) que, en la cadena Esta parte está anclada en la membrana interna mitocondrial: de transporte de electrones, se utilizan para generar: - Forma un canal a través del cual los protones (H⁺) fluyen desde el espacio - Un total de 10 moléculas de ATP (aproximadamente: 2.5 ATP por NADH y 1.5 ATP por intermembranoso hacia la matriz mitocondrial, siguiendo el gradiente electroquímico FADH₂). generado por la cadena de transporte de electrones. Resumen de la ecuación global del ciclo de Krebs (por cada molécula de acetil - CoA) - Acetil CoA + 3 NAD + FAD + GDP + Pi + 2 H2 O —> Oxalacetato + 2 CO + 3 NADH + FADH + GTP/ATP + 3 H F₁ (complejo extracelular) La fosforilación oxidativa es el proceso final de la respiración celular en el que se produce Esta parte de la ATP sintasa sobresale hacia la matriz mitocondrial: - Contiene los sitios activos para la síntesis de ATP. la mayor parte de ATP - Está compuesta por varias subunidades que participan en la conversión de energía del - Este procesos ocurre en la membrana interna mitocondrial gradiente de protones en la síntesis de ATP. A medida que los electrones se mueven a través de estos complejos, se libera energía que se utiliza para bombear protones (H⁺) desde la matriz mitocondrial hacia el espacio intermembranoso, creando un gradiente de protones. La quimiosmosis es el mecanismo mediante el cual el gradiente de protones (H⁺) creado por la Cadena de transporte de electrones (CTE) cadena de transporte de electrones se utiliza para generar ATP. La cadena de transporte de electrones es una serie de complejos enzimáticos ubicados en la membrana interna mitocondrial que transfieren electrones de NADH y FADH₂ hacia A medida que los protones (H⁺) fluyen de vuelta hacia la matriz mitocondrial a través del oxígeno molecular (O₂). complejo ATP sintasa, esta corriente de protones impulsa la conversión de ADP + Pi (fosfato - A medida que los electrones se mueven a través de estos complejos, se libera energía inorgánico) en ATP. que se utiliza para bombear protones (H⁺) desde la matriz mitocondrial hacia el espacio intermembranoso, creando un gradiente de protones. Complejo I (NADH deshidrogenasa): - Recibe electrones de NADH y bombea protones hacia el espacio intermembranoso. Complejo II (succinato deshidrogenasa): - Recibe electrones de FADH₂, pero no bombea protones. - Los electrones de FADH₂ ingresan en la cadena en este complejo. Complejo III (citocromo bc₁): - Recibe electrones del complejo I y II y bombea protones hacia el espacio intermembranoso. Complejo IV (citocromo c oxidasa): La ATP sintasa - Recibe electrones del citocromo c y, finalmente, transfiere los electrones al oxígeno Es una enzima compleja que permite el paso de protones a través de la membrana interna molecular, formando agua (H₂O) como subproducto. mitocondrial, utilizando la energía del flujo de protones para fosforilar el ADP, produciendo - Este complejo también bombea protones. ATP: Complejo V (ATP sintasa): - La dirección del flujo de protones está determinada por el gradiente electroquímico de - Este no es parte de la cadena de transporte de electrones, pero está involucrado en la protones (más alto en el espacio intermembranoso y más bajo en la matriz mitocondrial). fosforilación oxidativa. - Este gradiente es esencial para el funcionamiento de la ATP sintasa. - Utiliza el gradiente de protones creado por la CTE para sintetizar ATP a partir de ADP y fosfato inorgánico. Ojo Por cada molécula de NADH generada en el ciclo de Krebs, se producen 2.5 ATP. Por cada molécula de FADH₂ generada, se producen 1.5 ATP. En total, la oxidación completa de una molécula de glucosa (a través de glucólisis, el ciclo de Krebs y la fosforilación oxidativa) puede generar hasta 30-32 moléculas de ATP. Importancia de la fosforilación oxidativa Es la principal fuente de producción de ATP en la célula. La falta de oxígeno (como en condiciones anaeróbicas) interrumpe la fosforilación oxidativa y limita la producción de ATP, lo que puede llevar a la muerte celular. En resumen, la fosforilación oxidativa es un proceso clave en la respiración celular que genera la mayor parte del ATP necesario para la célula, utilizando electrones provenientes de NADH y FADH₂, y oxígeno como aceptor final de electrones para formar agua.  Energía celular Doble membrana Membrana externa: - Es relativamente permeable a pequeñas moléculas y iones debido a la presencia de poros Número de copias Cada célula contiene múltiples copias de ADN mitocondrial (de 1,000 a 2,000 copias en promedio, formados por la proteína porina. dependiendo del tipo de célula), mientras que en el núcleo de la célula solo hay dos copias de - Esto permite el paso de pequeñas moléculas como ácidos grasos, nucleótidos y agua hacia cada cromosoma (uno de cada progenitor). el interior de la mitocondria. - La membrana externa está en contacto con el citosol de la célula Genes codificantes Membrana interna: El ADN mitocondrial contiene 37 genes, que son responsables de la producción de proteínas - Es impermeable a la mayoría de iones y moléculas, lo que le permite mantener un gradiente esenciales para la función mitocondrial, como las que participan en la cadena respiratoria y la de protones necesario para la producción de ATP. síntesis de ATP. - En la membrana interna se encuentran los componentes clave de la cadena de transporte de Los genes codifican 13 proteínas, 22 ARN de transferencia (ARNt) y 2 ARN ribosómicos (ARNr). electrones (CTE) y la ATP sintasa, responsables de la generación de ATP. - La membrana interna forma pliegues o crestas (llamadas cristas) que aumentan la superficie Mutaciones y enfermedades disponible para las reacciones metabólicas, como la fosforilación oxidativa. Las mutaciones en el ADN mitocondrial pueden causar diversas enfermedades, muchas de las Espacio intermembranoso: cuales afectan principalmente a tejidos con alta demanda energética, como músculos y el sistema - Es el espacio que se encuentra entre la membrana externa y la membrana interna. nervioso. - Aquí se acumulan los protones (H⁺) durante la cadena de transporte de electrones, lo que contribuye a la creación del gradiente de protones utilizado por la ATP sintasa para sintetizar No recombinante ATP. A diferencia del ADN nuclear, el ADN mitocondrial no sufre recombinación genética durante la formación de gametos, lo que significa que el ADNmt de una persona es muy similar al de su Matriz mitocondrial: madre (y a la de sus ancestros maternos). - Es el espacio interior de la mitocondria, delimitado por la membrana interna. - Contiene una gran cantidad de enzimas, incluidos los involucrados en el ciclo de Krebs (o ciclo Replicación del ADN mitocondrial del ácido cítrico), que es una de las principales vías para la producción de energía. La multiplicación de las mitocondrias comienza con la replicación de su ADN - También se encuentran en la matriz las moléculas de ADN mitocondrial (mtDNA), que codifican (ADNmt). para algunos de los componentes de la mitocondria, y los ribosomas mitocondriales, que permiten Cada mitocondria contiene múltiples copias de su ADN, y este ADN debe replicarse para que cada la síntesis de proteínas dentro de la mitocondria. nueva mitocondria herede suficiente material genético para su funcionamiento. La replicación del ADN mitocondrial es un proceso semi-autónomo que ocurre dentro de las mitocondrias, y está controlado tanto por el ADN mitocondrial como por proteínas codificadas por el ADN nuclear. ADN mitocondrial (mtDNA) A diferencia del ADN nuclear, la mitocondria posee su propio ADN circular, similar al de las bacterias, que codifica para una pequeña fracción de las proteínas necesarias para su funcionamiento. Este ADN mitocondrial es heredado exclusivamente por la madre (herencia materna), ya que los espermatozoides no contribuyen con mitocondrias al embrión. El ADN mitocondrial tiene una estructura circular y generalmente es más corto que el ADN nuclear. En humanos, consta de aproximadamente 16,500 pares de bases. Fisión mitocondrial La fisión mitocondrial es el proceso mediante el cual una mitocondria se divide en dos o más mitocondrias más pequeñas. Esto ocurre una vez que el ADN mitocondrial ha sido replicado y las mitocondrias están preparadas para duplicarse. Fisión binaria Durante la fisión, una mitocondria madre se divide en dos mitocondrias hijas. Mecanismo de fisión: - La proteína Drp1 (proteína de fisión mitocondrial 1) es fundamental en este proceso.: —> Se ensambla en un anillo alrededor de la mitocondria y la estrangula hasta que se divide en dos mitocondrias. - Otras proteínas, como Fis1, Mfn1/2 (mitofusinas) y Opa1, también están involucradas en la regulación de la fisión y fusión mitocondrial.  Membranas celulares Membranas celulares Estructura de la membrana plasmática La membrana plasmática es crucial para la supervivencia y el funcionamiento adecuado Es compleja y dinámica de las células, ya que: Está compuesta principalmente por una bicapa lipídica junto con proteínas, carbohidratos y otros - Que regula las interacciones con el entorno componentes - Facilita el transporte de moléculas Bicapa lipídica: - Permite la comunicación entre células y protege a la célula de cambios y agresiones - Es el componente fundamental de la membrana plasmática y está formada por fosfolípidos externas - Los fosfolípidos son moléculas que tienen una cabeza polar (hidrofílica) y dos colas no polares Es una estructura fundamental en todas las células y cumple varias funciones clave para (hidrofóbicas) el funcionamiento y la integridad de la célula - Esta estructura organiza a los fosfolípidos en dos capas: —> Cabezas polares hacia el exterior: las cabezas hidrofílicas de los fosfolipidos se orientan Estas funciones incluye: hacia el medio acuoso exterior de la célula (hacia el líquido extracelular) y hacia el interior - Barrera electiva de la célula (el citoplasma), ya que son atraídas por el agua —> La membrana plasmatica regula paso de sustancias hacia dentro y fuera de la —> Colas hidrofóbicas hacia el interior: las cosas hidrofóbicas de los fosfolípidos se agrupan en célula. el centro de la bicapa, evitando el contacto con el agua —> Es semipermeable, lo que significa que permite el paso de ciertas moléculas —> Esta organización forma una barrera semipermeable que impide el paso libre de muchas (como gases, agua y nutrientes esenciales) mientras bloquea otras (como sustancias polares y cargadas, pero permite el paso de moléculas pequeñas y no polares, moléculas de desecho o no deseadas) como oxígeno y dióxido de carbono - Transporte celular —> La membrana facilita el transporte de sustancias a través de varios mecanismos, como: ☆ Difusión simple: paso de moléculas pequeñas y no polares (como el oxígeno o el dióxido de carbono) a través de la bicapa lipídica ☆ Difusión facilitada: uso de proteínas de canal o transportadoras para mover moléculas grandes o polares (como glucosa o iones) sin gastar energía ☆ Transporte activo: utiliza energía (ATP) para mover sustancias contra su gradiente de concentración, a través de bombas como la bomba sodio - potasio. Proteínas de membrana: - Comunicación celular - Las proteínas de la membrana plasmática están incrustadas en la bicapa lipídica y cumplen —> La membrana plasmática contiene receptores específicos que permiten a la célula diversas funciones detectar y responder a señales del entorno, como hormonas, nutrientes o señales - Estas proteínas se dividen en dos tipos: de otras células —> Proteínas integrales: ☆ Están completamente atravesadas por la bicapa lipídica y, a menudo, forman canales —> Estos receptores son fundamentales en procesos como la sinapsis natural o la o transportadores que permiten el paso de sustancias específicas a través de la respuesta inmunitaria membrana - Adhesión celular ☆ Ejemplos de proteínas integrales son los canales iónicos, las bombas de transporte activo —> La membrana plasmática juega un papel clave en la adhesión celular a otras y los receptores células o a la matriz extracelular —> Proteínas periféricas: —> Las moléculas de adhesión celular (como las cadherinas y las integrinas) ☆ Se encuentran asociadas a la superficie de la membrana, ya sea en el interior (cara permiten que las células se unan entre sí, formando tejidos y estructuras citoplasmática) o en el exterior (cara extracelular) - Mantenimiento de la forma y estructura celular ☆ Estas proteínas pueden participar en la señalización celular, el anclaje a otras células o —> La membrana plasmática está asociada con el citoesqueleto, lo que ayuda a estructuras del entorno o en organización del citoesqueleto mantener la forma de la célula y facilita el movimiento de las células y sus componentes internos —> Además, actúa como una capa protectora ante factores externos que podrían dañar la célula - Reconocimiento celular —> A través de las glucoproteínas y glicolípidos presentes en su superficie, la membrana plasmática también participa en el reconocimiento celular —> Esto es esencial para la identificación de células propias y extrañas, lo que es crucial en procesos como el sistema inmunológico y la prevención del rechazo Carbohidratos: de injertos - Los carbohidratos se encuentran unidos a proteínas o lípido en la superficie externa de la membrana, formando glucoproteínas y glicolípidos - Estos carbohidratos tienen varias funciones: —> Reconocimiento celular: participan en el reconocimiento entre células, permitiendo que las células se identifique como propias o extrañas, lo cual es importante en la respuesta inmune —> Protección: los carbohidratos también actuán como una capa de protección para la célula, contribuyendo a la estabilidad de la membrana Colesterol: - El colesterol está intercalado entre los fosfolípidos de la bicapa lípidica - Su presencia tiene varias funciones importantes: —> Regulación de la fluidez: ☆ El colesterol modula la fluidez de la membrana ☆ En temperaturas altas, reduce la fluidez (haciendo la membrana más estable), mientras que, en temperaturas bajas, previene que la membrana se vuelva demasiado rígida —> Mantenimiento de la integridad estructura: ayuda a mantener la estabilidad estructural de la membrana, evitando que los fosfolípidos se agraven demasiado y haciendo que la membrana sea flexible  Membranas celulares Modelo del mosaico de fluido Propuesto por Singer y Nicolson en 1972, describe la organización de la membrana plasmática como Permeabilidad de las membranas plasmáticas una estructura dinámica, en la que los lípidos y las proteínas pueden moverse lateralmente dentro de la Difusión simple: - En este proceso, las sustancias pequeñas y no polares (como el oxígeno o el dióxido de carbono) se bicapa, similar a un mosaico difunden libremente a través de la bicapa lipídica Esta fluidez es esencial para la función de la membrana, ya que permite procesos como: - El transporte de membrana, - La interacción con otras células - La reorganización de la membrana durante el crecimiento celular y la división Permeabilidad de las membranas plasmáticas La permeabilidad de las membranas plasmáticas se refiere a la capacidad de la membrana para permitir el Proteínas de membrana: - La membrana plasmática contiene varias proteínas que facilitan el paso selectivo de sustancias a través paso de diferentes sustancias a través de ella de la membrana, permitiendo el transporte de moléculas que no pueden atravesar la bicapa lipídica por Esta permeabilidad es selectiva, lo que significa que la membrana no permite que todas las sustancias pasen sí solas libremente: - Estos mecanismos de transporte son: - En cambio, regula el paso de acuerdo con las necesidades de la célula y la naturaleza de las —> Difusión facilitada: las proteínas de canal o transportadores permiten que las moléculas polares o moléculas grandes (como la glucosa, iones de sodio o potasio) atraviesen la membrana sin gasto de energía, - La selectividad de la membrana es crucial para mantener el equilibrio iónico, el volumen celular y la siguiendo su gradiente de concentración homeostasis general Factores que determinan la permeabilidad de la membrana plasmática: Propiedades fisícas de la membrana: —> Transporte activo: este mecanismo requiere energía (ATP) para mover sustancias contra su gradiente - Estructura lipídica: de concentración; es decir, desde áreas de baja concentración hacia áreas de alta concentración —> La bicapa lípídica es una barrera semi - permeable, lo que significa que algunas sustancias pueden atravesarla más fácilmente que otras —> Las moléculas no polares y pequeñas (como el oxígeno y el dióxido de carbono) pueden atravesar la membrana con relativa facilidad debido a su solubilidad en lípidos —> Por otro lado, las moléculas polares y grandes (como glucosa o iones) tienen más dificultades para atravesar la membrana sin la ayuda de proteínas - Colesterol: —> El colesterol en la membrana regula su fluidez y, en consecuencia, su permeabilidad —> En general, el colesterol reduce la permeabilidad de la membrana a moléculas pequeñas y a · agua, especialmente a temperaturas altas, y la mantiene fluida para permitir el paso controlado de otras sustancias Gradientes de concentración y potencial electroquímico: Las moléculas tienden a moverse a favor de su gradiente de concentración; es decir, desde la zona de mayor concentración hacia la de menor concentración, hasta alcanzar el equilibrio Los iones no solo se ven afectados por su gradiente de concentración, sino también por su gradiente eléctrico (potencial electroquímico): - Tamaño de la molécula: - Esto significa que los iones cargados (como Na+, K+) se moverán no solo por su concentración, sino —> Las moléculas pequeñas y no polares, como los gases (O2, CO2) y algunos lípidos, pasan con facilidad también por la diferencia de carga a través de la membrana a través de la bicapa lipídica —> Las moléculas grandes o polares (como la glucosa, aminoácidos, proteínas) tienen dificultades para atravesar directamente la membrana sin asistencia - Carga de las moléculas: —> Las moléculas cargadas (como los iones, Na+, K+, CI-) no pueden atravesar fácilmente la bicapa lipídica debido a la naturaleza hidrofóbica del interior de la bicapa —> Para que estas moléculas crucen la membrana, necesitan proteínas específicas de transporte como canales iónicos o bombas de transporte activo  Membranas celulares Permeabilidad de las membranas plasmáticas Los canales iónicos son proteínas integrales de la membrana plasmática que permite el Funciones de los canales iónicos paso selectivo de iones (como sodio, potasio, calcio y cloro) a través de la membrana Generación y propagación de potenciales de acción: celular: - Los canales iónicos son fundamentales en la transmisión de impulsos eléctricos a lo largo - Estos canales son esenciales para muchos procesos biológicos, como la transmisión de de las neuronas y otras células excitables (como las musculares) señales nerviosas, la contracción muscular, la regulación del volumen celular y - La apertura secuencial de canales de sodio y potasio permite la rápida inversión temporal homeostasis iónica del potencial de membrana, lo que genera un potencial de acción Regulación del volumen celular: - El movimiento de iones a través de los canales iónicos ayuda a regular el balance de agua Características principales de los canales iónicos y sodio dentro de las células, lo cual es crucial para mantener el volumen y la función Permeabilidad selectiva: celular - Los canales iónicos permiten el paso de iones específicos debido a su estructura y las Contracción muscular: propiedades de su poro - En las células musculares, lo canales de calcio permiten la entrada de Ca , lo que 2 - Por ejemplo, un canal de sodio (Na+) permite el paso solo de iones de sodio, mientras desencadena la liberación de calcio desde el retículo sarcoplásmico y, a su vez, activa el que un canal de potasio (K+) es selectivo para iones de potasio mecanismo de contracción muscular Apertura y cierre (gating): Mediación de señales químicas: - Los canales iónicos no están siempre abiertos - Los canales ligando - dependientes permiten que las células se comuniquen entre sí - En su lugar, su apertura y cierre están regulados por señales específicas o cambios mediante la transmisión de señales químicas, como la liberación de neurotransmisores en el en el ambiente celular, un proceso conocido como gating sistema nervioso - La apertura de los canales permite que los iones fluyan a través de la membrana, lo que puede generar cambios en el potencial de membrana Difusión pasiva: - Los canales iónicos permiten el paso de iones siguiendo su gradiente de concentración, sin requerir energía (ATP). - Esto significa que los iones se mueven desde áreas de alta concentración hacia áreas de baja concentración - El flujo de iones también depende del gradiente electroquímico, que considera tanto la concentración de iones como las diferencias de carga a través de la membrana Tipos de canales iónicos Canales voltaje - dependientes: - Estos canales se abren o se cierran en respuesta a cambios en el potencial eléctrico a través de la membrana - Son cruciales en procesos como la transmisión de impulsos nerviosos y la contracción muscular - Ejemplos: —> Canales de sodio (Na+): se abren durante la despolarización de la célula, permitiendo que los iones de sodio entren, lo que contribuye a la propagación del impulso nervioso —> Canales de potasio (K+): se abren después de la despolarización, permitiendo la salida de iones de potasio y ayudando a restablecer el potencial de reposo - · Canales ligando - dependientes (o quimio - dependientes) - Estos canales se abren en repuesta a la unión de una molécula señalizado (ligando) a un sitio específico del canal - Son fundamentales en la sinapsis neuronal, donde neurotransmisores como el glutamato o el GABA se unen a los canales iónicos en las células postsinápicas - Ejemplos: —> Canales de cloro (Cl-) controlados por el neurotransmisor GABA, que abren el canal y permiten la entrada de cloro, hiperpolarizando la célula y haciendo que sea menos propensa a disparar un potencial de acción  Membranas celulares parte 2 Permeabilidad de las membranas plasmáticas Acuaporinas Los ionóforos móviles son moléculas que transportan iones a través de las membranas Las acuaporinas son proteínas de membrana especializadas en el transporte rápido y selectivo de agua a celulares o biológicas través de las membranas biológicas Estas proteínas forman canales transmembranales que permiten el paso eficiente de moléculas de agua, A diferencia de los canales iónicos (que son proteínas estructurales fijas dentro de la facilitando su movimiento a través de la bicapa lipídica de las membranas celulares membrana), los ionóforos móviles son compuestos orgánicos que pueden moverse a Las acuaporinas son proteínas integrales de membrana que atraviesan la bicapa lipídica varias veces manera libre a través de la bicapa lipídica para facilitar el paso de iones de un lado a Su estructura básica consiste en: otro de la membrana - 4 proteínas constituidas por 6 hélices transmembranales que forman un canal acuoso a través de la membrana - Un canal central que permite el paso de moléculas de agua - Filtros selectivos en la región del canal que permiten que solo el agua pase, evitando el paso de iones otros solutos Ejemplos de ionóforos móviles: - Valinomicina: —> Ion transportado —> Potasio (K+) —> Mecanismo de acción: ☆ La valinomicina se une a los iones de potasio y los transporta a través Funciones de las acuaporinas: - de la membrana celular - Regulación del balance de agua: ☆ Es un ionóforo específico para K+ y se utiliza en algunos experimentos —> Las acuaporinas permiten la regulación precisa de la cantidad de agua que entra o sale de la para manipular gradientes de potasio en sistemas biológicos célula lo cual es crucial para mantener la homeostasis hídrica. - Nigericina: —> Esto es especialmente importante en órganos como los riñones, donde se necesita regular la —> Iones transportados —> Potasio (K+) y Protones (H+) cantidad de agua que se reabsorbe o se excreta —> Mecanismo de acción: - Ósmosis y reabsorción de agua: ☆ La nigericina facilita el intercambio de iones K+ y H+ a través de las —> En los riñones, las acuaporinas son esenciales para la reabsorción de agua membranas biológicas —> En respuesta a la hormona vasopresina (ADH), las acuaporinas 2 se insertan en las membranas de ☆ Este ionóforo es útil en la investigación de la regulación del pH las células del túbulo colector, permitiendo que el agua sea reabsorbida desde la orina hacia el torrente sanguíneo, lo que ayuda a concentrar la orina y mantener el equilibrio de líquidos en el intracelular cuerpo - Antimicina: - Hidratación de tejidos: —> Ion transportado —> Protones (H+) —> En los pulmones y la piel, las acuaporinas ayudan a hidratar las superficies epiteliales, permitiendo —> Mecanismo de acción: un adecuado intercambio de agua entre las células y el ambiente extracelular ☆ La antimicina es un ionóforo que transporta protones a través de las —> En los pulmones, también facilitan el movimiento de agua en las membranas que rodean las células membranas celulares, lo que afecta el gradiente de protones y puede epiteliales respiratorias alterar el pH intracelular - Transporte de agua en el cerebro: Ionóforos de tipo poro (poróforos): —> En el cerebro, las acuaporinas (especialmente AQP4) regulan el movimiento de agua cefalorraquídeo - En este caso, los ionóforos crean poros o canales a través de la membrana y en las células gliales, contribuyendo a la presión intracraneal y al equilibrio del sistema nervioso que permiten que los iones se desplacen a través de ella, pero no necesariamente central requieren formar un complejo ión - ionóforo Regulación de la acuaporinas: · - Estos ionóforos puede ser más o menos selectivos, dependiendo de su estructura - El número y la actividad de las acuaporinas en la membrana celular pueden ser regulados por varios mecanismos: y del tipo de ion que transportan —> Hormonas como la vasopresina (ADH) en el riñón —> Condiciones de presión omsótica en los fluidos corporales —> Factores de transcripción que activan la expresión de genes que codifican acuporinas —> Modificaciones postraduccionales (por ejemplo, fosforilación) que afectan la inserción de acuaporinas en la membrana celular Tipos de transporte: El monotransporte hace referencia al transporte de un sólo tipo de molécula o ión a través de una membrana biológica, sin que haya intercambio simultáneo o transporte de otras sustancias: - Este término se usa principalmente en el contexto del transporte celular y puede referirse tanto a un transporte activo como pasivo, dependiendo de los mecanismos involucrados - Ejemplos de monotransporte: —> Transporte de glucosa (monotransporte facilitado): ☆ La glucosa es transportada hacia el interior de las células a través de transportadores específicos de glucosa (como GLUT) ☆ Este es un ejemplo de difusión facilitada, donde la glucosa se mueve a favor de su gradiente de concentración, sin necesidad de energía Aplicaciones de los ionóforos móviles: - Tratamientos farmacológicos: —> Algunos ionóforos se utilizan en medicina para alterar el equilibrio iónico en las células —> Por ejemplo, en algunos tratamientos experimentales, los ionóforos ayudan a a modificar el pH celular o la concentración de calcio intracelular, lo que pude tener aplicaciones en el tratamiento de ciertos trastornos metabólicos o cáncer - Antibióticos: —> En algunos ionóforos, como la valinomicina y la monensina, tienen propiedades antimicrobianas —> Estos ionóforos interfieren con el gradiente de iones en las membranas bacterianas, alterando su equilibrio iónico y afectando la capacidad de la bacteria para sobrevivir  Membranas celulares parte 2 Tipos de transporte: Cotransporte: - Es un tipo de transporte activo que implica el movimiento simultáneo de dos o más sustancias a través de una membrana biológica en la misma dirección o en direcciones opuestas Simporte (cotransporte en la misma dirección): - En el simporte, dos o más moléculas o iones se mueven en la misma dirección a través de la membrana - Este proceso es común en sistemas que necesitan transportar varios nutrientes o 1 - Cotransporte o simporte moléculas dentro de la célula o hacia el exterior, utilizando el gradiente de un ion - Ejemplo clásico: —> El cotransporte Na+ - glucosa en las células del intestino y los túbulos renales 2 - Monotransporte —> En este caso, iones de sodio (Na+) se mueven a favor de su gradiente (hacia el interior de la célula), lo que facilita el transporte de glucosa en la misma dirección, contra su gradiente de concentración 3 - Cotransporte o antiporte Antiporte (cotransporte en direcciones opuestas) - En el antiporte, las moléculas o iones se mueven en direcciones opuestas a través de la membrana - Esto permite que una sustancia entre en la célula mientras que otra es expulsada, lo que es clave para la regulación de los iones en muchas células La bomba sodio - potasio (Na+ /K+ - ATPasa) es un ejemplo clásico de antiporte en las células: - Este sistema de transporte se encarga de transportar iones de sodio (Na+) fuera de la célula y potasio (K+) hacia el interior de la célula, de manera simultanea, pero en · direcciones opuestas, utilizando energía derivada de la hidrólisis de ATP - Este proceso es fundamental para mantener los gradientes iónicos y el equilibrio de los fluidos celulares, y también tiene un papel crucial en la generación de potenciales de membrana  Comunicación intercelular y transmisión intracelular de señales La comunicación intercelular y las señales intracelulares son procesos fundamentales para la función y La secreción endocrina coordinación de los organismos multicelulares - La comunicación endocrina es un tipo de señalización celular en la que las células del cuerpo secretan hormonas que viajan a través de torrente sanguíneo para actuar sobre células en Ambos tipos de comunicación permiten que las células respondan a cambios en su entorno y mantengan la otros órganos o tejidos distantes: homeostasis y la función orgánica —> Este tipo de comunicación es fundamental para la regulación de una amplia gama de procesos fisiológicos en el organismo como el crecimiento, el metabolismo, la reproducción Comunicación intercelular y respuesta al estrés La comunicación entre células es esencial para el funcionamiento de los tejidos y órganos en organismos —> Características claves de la comunicación endocrina: multicelulares ☆ Secreción de hormonas —> las glándulas endocrinas (como la regulación pituitaria, la tiroides, las glándulas suprarrenales, etc) producen y secretan hormonas que son Existen varios mecanismos de comunicación intercelular: mensajeros químicos; las hormonas pueden de diferentes tipos como proteínas, péptidos, Comunicación mecánica esteroides o derivados de aminoácidos Comunicación por uniones celulares ☆ Transporte en la sangre —> las hormonas secretadas son liberadas directamente al torrente Señales químicas: sanguíneo, desde donde viajan a través del sistema circulatorio hasta llegar a células y - La secreción autocrina es un tipo de comunicación en la que una célula produce y secreta tejidos distantes; debido a la circulación sanguínea, las señales hormonales pueden afectar a una señal (generalmente una molécula bioactiva como una hormona o un factor de todo el cuerpo crecimiento) que se dirige a receptores ubicados en la misma célula o en células del mismo ☆ Receptores celulares —> para que una hormona ejerza su efecto, debe unirse a un receptor tipo: específico en la superficie de una célula (para hormonas hidrofílicas) o dentro de la célula —> En otras palabras, la célula se “autoestimula” a sí misma a través de la señal que ha liberado (para hormonas lipofílicas); la unión de la hormona a su receptor activa una serie de eventos —> Características clave de la secreción autocrina: intracelulares que modulan la función de la célula diana ☆ Permite secreción de moléculas —> la célula secreta una señal, que puede ser una ☆ Efectos de largo alcance —> las señales endrocrinas tienen la capacidad de afectar diferentes hormona, factor de crecimiento, citoquina o algún tipo de molécula de señalización órganos y sistemas en el cuerpo y sus efectos pueden durar más tiempo en comparación con ☆ Receptores en la misma célula —> la molécula secretada actúa sobre receptores ubicados otras formas de comunicación como la paracrina o autocrina en la misma célula que la liberó o en células muy cercanas del mismo tipo ☆ Insulina —> secretada por las células beta del páncreas, viaja a través de la sangre y regula el ☆ Regulación de la función celular —> la función principal de la señal autocrina es regular la metabolismo de la glucosa en diversas células del cuerpo como las musculares y las hepáticas actividad de la misma célula que la emite, afectando procesos como la proliferación ☆ Adrenalina —> las glándulas suprarrenales secretan adrenalina (epinefrina) en respuesta al celular, la diferenciación o la muerte celular programada (apoptosis) estrés, lo que aumenta la frecuencia cardíaca, dilata las vías respiratorias y prepara el cuerpo ☆ Células tumorales —> En muchos tipos de cáncer, las células tumorales pueden producir para una respuesta de lucha o huida factores de crecimiento que estimulan su propia proliferación, un fenómeno conocido como ☆ Hormonas tiroideas —> las hormonas tiroideas (como T3 y T4), producidas por la glándula tiroides, autocrine loop (bucle autocrino), contribuyendo al crecimiento descontrolado del tumor regulan el metabolismo en casi todos los tejidos del cuerpo, aumentando la tasa de consumo de oxígeno y la producción de energía ☆ Cortisol —> El cortisol, secretado por las glándulas suprarrenales en respuesta al estrés, regula el metabolismo de los carbohidratos y tiene efectos antiinflamatorios - La secreción paracrina es un tipo de comunicación celular en la que una célula secreta una señal (generalmente una molécula bioactiva como una hormona, factor de crecimiento o citoquina) que actúa sobre células vecinas cercanas, pero no sobre la misma célula que la secretó: —> En otras palabras, la señal paracrcina afecta a células de su entorno inmediato, contribuyendo a la regulación de procesos en los tejidos circundantes —> Características clave de la comunicación paracrina: ☆ Liberación de señales —> La célula emite una señal en forma de moléculas como factores de crecimiento, citoquina, hormonas locales, entre otros La comunicación celular por contacto directo ☆ Acción sobre células vecinas —> la señal actúa sobre células cercanas que tienen Se refiere a los procesos de comunicación entre células que dependen de la interacción física directa entre ellas receptores respecíficos para esa señal; las células no tienen por qué estar en contacto Este tipo de comunicación es fundamental para varios procesos biológicos como el desarrollo, el sistema directo con la célula emisora, pero deben estar lo suficientemente cerca para que la señal inmunológico y la función celular en tejidos se difunda o se transporte localmente Procesos de activación y señalización: ☆ La comunicación paracrina ocurre a corta distancia, generalmente dentro de un mismo Cuando un ligando se une a su receptor correspondiente en la membrana celular, esto desencadena una serie tejido o en un área limitada, ya que las moléculas de señalización no viajan lejos de eventos intracelulares que pueden involucrar la activación de proteínas de señalización (como quinasas, ☆ Regulación local —> la señalización paracrina regula diversas funciones en los tejidos fosfatasas o proteínas adaptadoras), la liberación de 2dos mensajeros (como calcio, AMP cíclico o inositol adyacentes, tales como proliferación celular, diferenciación, mantenimiento de la homeostasis trifosfato), y la modificación de la actividad génica en el núcleo y la respuesta inmune ☆ Un ejemplo de la comunicación paracrina ocurre en el proceso de cicatrización; durante la inflamación, las células inmunitarias y las plaquetas liberan factores de crecimiento y citoquinas que actúan sobre las células vecinas para promover la reparación del tejido dañado, la proliferación celular y la formación de nuevos vasos sanguíneos (angiogénesis) Interacciones mediadas por receptores en la membrana celular Las células pueden comunicarse mediante el contacto directo de sus receptores de superficie: - Por ejemplo en el sistema inmune, las células T se activan al reconocer a una célula infectada mediante la interacción de moléculas de señalización en su superficie - El contacto directo de las células también puede activar rutas de señalización intracelular que desencadenan respuestas específicas, como en la activación de células inmunes  Comunicación intercelular y transmisión intracelular de señales La inducción celular a través de un receptor citosólico Hace referencia a un mecanismo de señalización en el que las señales extracelulares, generalmente moléculas lipofílicas o Importancia de las inducciones celulares mediadas por receptores de membrana hidrofóbicas, se unen a receptores ubicados en el citosol de la célula (en lugar de en la membrana plasmática) Estas señales son esenciales para la correcta función celular y para la coordinación entre células Las moléculas señalizadoras: en un organismo multicelular - Las moléculas señalizadoras que se unen a estos receptores suelen ser hormonas lipofílicas como las hormonas esteroides A través de las inducciones celulares mediadas por receptores de membrana, las células pueden: (por ejemplo, testosterona, estrógenos, cortisol), hormonas tiroideas o vitamina D, ya que tienen la capacidad de - Responder a estímulos ambientales como nutrientes, hormonas, factores de crecimiento y atravesar la membrana plasmática debido a su naturaleza lipofílica señales de estés - Cuando el ligando (hormona, por ejemplo) llega a la célula, puede atravesar la membrana plasmática y se une a su - Mantener la homeostasis celular y tisular receptor en el citosol o en el núcleo Regular procesos como proliferación, diferenciación, migración y supervivencia celular - La unión del ligando provoca un cambio conformacional en el receptor: Participa en procesos patológicos, como el desarrollo de cáncer, enfermedades cardiovasculares y —> Este cambio conformacional activa al receptor, lo que a menudo implica su translocación al núcleo si el receptor trastornos innmunológicos, cuando hay alteraciones en la función de los receptores se encuentra en el citosol e —> Algunos receptores permanecen en el citosol después de la activación, mientras que otros, como los receptores de hormonas esteroides, se trasladan al núcleo —> Una vez que el complejo receptor - ligando llega al núcleo, puede unirse a secuencias específicas de ADN conocidas como elementos de respuesta a hormonas (HRE) —> En el núcleo, el receptor actúa como un factor de transcripción que modula la expresión génica, promoviendo o reprimiendo la transcripción de genes específicos —> La indicación de ciertos genes o la represión de otros da como resultado la producción de proteínas específicas que median diversas funciones celulares como la proliferación celular, la diferenciación o la apoptosis Ejemplos de receptores citosólicos y sus funciones: - Receptores de hormonas esteroides: —> Las hormonas esteroides como cortisol, estrógenos, progesterona, testosterona y aldosterona se unen a receptores citosólicos específicos —> Una vez que el receptor se une a la hormona, se transloca al núcleo y modula la transcripción de genes específicos —> Algunos ejemplos incluyen: ☆ Receptores de glucocorticoides —> participan en la regulación de la respuesta al estrés y la inflamación, influyendo en la expresión de genes que regulan el matabolismo, la inmunidad y la reparación celular ☆ Receptores de estrógenos —> Implican la regulación del ciclo celular en células de los tejidos reproductivos y también tienen un papel en la salud ósea y cardiovascular - Receptores de hormonas tiroideas: —> Las hormonas tiroideas (T3 y T4) atraviesan la membrana celular y se unen a sus receptores citosólicos o nucleares, los cuales modulan la transcripcón génica involucrada en el crecimiento y desarrollo, así como en la regulación del Formación de óxido nítrico (NO) en las células metabolismo endoteliales y su acción sobre las células musculares lisas de los vasos sanguíneos Las inducciones celulares mediadas por receptores de membrana Las inducciones celulares mediadas por receptores de membrana: - Son procesos en los que las células responden a señales externas a través de la activación de receptores localizados en la membrana plasmática - Estos receptores, al ser activados, desencadenan una serie de señales intracelulares que afectan diversas funciones celulares, como el crecimiento, la diferenciación, la muerte celular o la respuesta a estímulos del ambiente Unión del ligando al receptor: - El 1er paso es la union de un ligando a su receptor específico en la membrana, lo que desencadena un cambio conformacional en el receptor Transduccíon de la señal: - El cambio conformacional del receptor activa proteínas intracelulares o enzimas asociadas como proteínas G, quinasas o canales iónicos Producción de 2dos mensajeros: - En muchos casos, la activacion del receptor lleva a la producción de 2dos mensajeros (como GMP cíclico, calcio, inositol trifosfato) que amplifican la señal dentro de la célula Activación de vías de señalización: - Los 2dos mensajeros activan proteínas efectoras, que modulan procesos intracelulares clave como la expresión génica, la proliferación celular, la migración o la diferenciación Respuesta celular: - El resultado final puede ser la modificación de la actividad génica, la alteración del metabolismo celular, la movilidad celular, la supervivencia o la muerte celular