Apuntes Tema 1 al 10 para Examen PDF

Membrana plasmática Es una bicapa lipídica con proteínas asociadas a ella, lo que hace que su composición sea proteínas (55%), lípidos (42%) y glúcidos (3%). Los lípidos de membrana son los que conceden la función principal a la membrana plasmática, que es impedir el libre movimiento de las sustanci...

Membrana plasmática Es una bicapa lipídica con proteínas asociadas a ella, lo que hace que su composición sea proteínas (55%), lípidos (42%) y glúcidos (3%). Los lípidos de membrana son los que conceden la función principal a la membrana plasmática, que es impedir el libre movimiento de las sustancias solubles en agua. Esta bicapa está compuesta por fosfolípidos, esfingolípidos y colesterol. Las proteínas de la membrana se dividen en dos tipos: - Proteínas integrales: aquellas que cruzan la membrana completa. Suelen funcionar formando canales estructurales o poros, proteínas transportadoras, enzimas o receptores de sustancias hidrosolubles. - Proteínas periféricas: aquellas que están unidas a una de las superficies de la membrana, pero no penetra en ella. Suelen funcionar como enzimas o reguladores de canales y proteínas transportadoras. Los glúcidos de membrana se organizan en el glucocálix asociados a proteínas y lípidos (formando las glucoproteínas y glucolípidos, respectivamente). Las funciones del glucocálix son repeler sustancias con carga negativa (como las bacterias), unir células entre sí, recepción de hormonas y respuesta inmune. Citoplasma (Imagen 3) Es el protoplasma que baña el interior de la célula con diferentes orgánulos suspendidos en él. Está compuesto principalmente por agua y en él se producen una gran cantidad de procesos metabólicos. Se puede dividir en: - Citoesqueleto: una red de proteínas filamentosas que le dan forma a la célula, realizan la organización interna y permiten que se mueva. - Citosol: la solución líquida donde están suspendidas la mayor parte de las biomoléculas. - Orgánulos: la célula tiene una gran variedad de ellos, cada uno con distintas funciones que veremos a continuación. Ribosomas (Imagen 4) Orgánulos compuestos por proteínas y ácido ribonucleico (ARN) que son los encargados de fabricar las proteínas en un proceso denominado traducción. Este proceso permite convertir el lenguaje del material genético (formado por nucleótidos) en el lenguaje proteico (formado por aminoácidos). En el interior de nuestras células tenemos dos tipos de ribosomas, uno para la célula completa y otro específico para la mitocondria. Retículo endoplasmático (Imagen 5) Estructura vesicular formada por una red de cisternas y tubos que permiten procesar moléculas y transportarlas a su destino, ya sea en el interior o el exterior celular. Su membrana está formada también por una bicapa lipídica y proteínas similar a la membrana celular. Se divide en: - Retículo endoplasmático rugoso: presenta gran número de ribosomas unidos a su superficie exterior y le confiere la función de sintetizar proteínas. - Retículo endoplasmático liso: no presenta ribosomas y se encarga de la síntesis de lípidos. Aparato de Golgi (Imagen 6) Estructura vesicular formada por una red de cisternas que permiten procesar moléculas y transportarlas a su destino, ya sea en el interior o el exterior celular (exactamente igual que el retículo endoplasmático. Su membrana está formada también por una bicapa lipídica y proteínas similar a la membrana celular. Su función está asociada a la del retículo endoplasmático estableciendo una comunicación casi continua entre ambos. Las vesículas del aparato de Golgi formarán vesículas de secreción, lisosomas u otros componentes. Finalmente, se encarga de glucosilar lípidos y proteínas marcando así su destino. Vesículas (Imagen 7) La mayoría de las vesículas son controladas por el aparato de Golgi y almacenan sustancias en su interior. Se dividen en: - Vesículas de secreción: vesículas generadas para secretar su contenido al exterior celular por fusión de la membrana de la vesícula con la membrana plasmática. - Lisosomas: vesículas que realizan la digestión celular ya sea para la digestión de estructuras externas (fagolisosoma) como el alimento o microorganismos o internas (autofagolisosoma) como estructuras celulares dañadas. En su interior alberga enzimas hidrolasas que degradan las proteínas, el glucógeno y los lípidos a sus elementos fundamentales (aminoácidos, glucosa y ácidos grasos respectivamente. - Peroxisomas: vesículas que realizan la digestión celular como los lisosomas, pero con enzimas oxidasas en lugar de hidrolasas. La mayoría de las enzimas de su interior son las peroxidasas que utilizan el agua oxigenada (o peróxido de hidrógeno, H2O2) para degradar sustancias y catalasas que detoxifican el peróxido de hidrógeno. Una de sus funciones características es el metabolismo del alcohol etílico y los ácidos grasos de cadena larga. Mitocondria (Imagen 8) Es el orgánulo encargado de producir energía en la célula y se distribuye por todo el citoplasma con un número variable en función de las necesidades de la célula en cuestión. Por ejemplo, las células musculares (o miocitos) necesitan un gran número de mitocondrias porque sus requerimientos energéticos son elevados, mientras que las células adiposas (o adipocitos), con unos requerimientos energéticos bajos, tienen pocas mitocondrias. Las mitocondrias son fruto de una simbiosis de nuestra célula con una bacteria y, por ello, tienen su propio material genético y la capacidad de multiplicarse si la célula lo necesita. La estructura de la mitocondria, por ser una simbiosis, presenta una doble bicapa lipídica (o doble membrana). Su membrana externa es muy similar a la membrana plasmática, pero su membrana interna tiene una composición diferente y multitud de invaginaciones para aumentar su superficie con el fin de poder producir más energía en forma de ATP. Núcleo (Imagen 10) Orgánulo donde se encuentra el material genético (organizado en genes) cuyas funciones son el control celular (crecimiento, maduración, replicación y muerte celular). El núcleo está delimitado por la membrana nuclear, formada por dos bicapas lipídicas, perforada por miles de poros nucleares para que puedan salir el ARN mensajero y puedan pasar proteínas de gran tamaño. Por último, aparece el nucléolo que es la región donde se sintetizan activamente los ribosomas. Digestión celular Para poder nutrirse la célula necesita captar sustancias del espacio extracelular e incorporarlas al citoplasma, pero, además, necesita deshacerse de las sustancias de desecho expulsándolas al exterior. Existen tres posibles mecanismos para ello: - Difusión: las sustancias atraviesan la membrana por un movimiento aleatorio simple sin coste de energía. Las moléculas liposolubles atraviesan la membrana directamente, mientras que las hidrosolubles lo hacen a través de poros. Transporte activo: una proteína integral de membrana realiza el transporte de la sustancia a través de la membrana con coste de energía. - Endocitosis: sistema por el que partículas de mayor tamaño entran en la célula. En el momento que se endocita una sustancia, se genera una vesícula que se separa de la membrana plasmática y uno o más lisosomas se unen a ella para digerirla liberando lisozima e hidrolasas y formando una vesícula digestiva. Una vez realizada la digestión quedan sustancias no digeribles en la vesícula, que pasa a denominarse cuerpo residual. Se divide en dos procesos principales: - Pinocitosis: sistema por el que la célula endocita vesículas de pequeño tamaño (sobre todo para sustancias líquidas y moléculas de gran tamaño). La mayoría de las membranas celulares realizan este proceso de forma continua, especialmente rápido en macrófagos, en los que el 3% de su membrana plasmática es endocitada cada minuto. La mayoría de moléculas de gran tamaño como las proteínas solo pueden entrar en la célula por pinocitosis. - Fagocitosis: sistema similar a la pinocitosis para estructuras de mayor tamaño, pero solo ciertas células son capaces de realizar la fagocitosis, las más conocidas son los macrófagos que fagocitan bacterias. - Exocitosis: sistema contrario a la endocitosis por el que la célula elimina las sustancias de desecho como las contenidas en el cuerpo residual. Existen otros procesos de digestión celular relacionados con el deterioro de estructuras celulares o con el deterioro de la propia célula: - Autolisis: se produce en respuesta a un gran daño en la célula. Debido a ello, ésta debe morir y los lisosomas liberan las hidrolasas directamente al citosol y la célula es digerida en su totalidad. - Autofagocitosis: mecanismo por el que se reciclan los orgánulos celulares deteriorados para poder reutilizar sus componentes. En el proceso la célula engloba al orgánulo deteriorado en un autofagosoma y, posteriormente, une lisosomas para realizar la digestión. Síntesis de estructuras celulares La síntesis de estructuras celulares se realiza, principalmente, en el retículo endoplasmático y en el aparato de Golgi. Ambas estructuras están formadas por un sistema de cisternas delimitados por una bicapa lipídica y multitud de enzimas en sus paredes e interior para la síntesis de diferentes sustancias. Las funciones de cada orgánulo son: - Retículo Endoplasmático Rugoso (RER): caracterizado por la gran cantidad de ribosomas adheridos a la cara externa de su membrana, su función es la de sintetizar proteínas de membrana y de excreción. - Retículo Endoplasmático Liso (REL): encargado de sintetizar lípidos de membrana, principalmente fosfolípidos y colesterol, que se van a incorporar a la propia membrana del Retículo Endoplasmático Liso que, por tanto, irá creciendo y, paulatinamente, pasando al Aparato de Golgi. - Aparato de Golgi: realiza un procesamiento adicional al del Retículo Endoplasmático sintetizando cadenas de azúcares para unirlas a ciertas proteínas. Además, es el encargado de concentrar el contenido de las vesículas de secreción. Obtención de energía Los nutrientes obtenidos por endocitosis van a metabolizarse para obtener energía y almacenarla en forma de Adenosín TriFosfato o ATP (Imagen 11). Para ello, las moléculas complejas se hidrolizan en moléculas más sencillas para entrar en rutas metabólicas y, en condiciones óptimas, producir energía en la cadena de transporte de electrones de la mitocondria. El ATP es un es un nucleótido compuesto por una adenina, una ribosa y tres radicales fosfato. Dos de estos radicales fosfato están conectados al resto de la molécula por el enlace con otro radical fosfato, el cual es un enlace con mucha energía. Así, las moléculas de ATP tienen dos enlaces de alta energía y pueden situarse en cualquier región de la célula para suministrar energía donde exista un proceso que la necesite. Cuando el ATP libera su energía se divide en un radical fosfato y un Adenosín diFosfato (ADP) y éste a su vez en Adenosín Monofosfato (AMP) y dos radicales fosfato. Movimiento celular El movimiento celular se subdivide en: - Movimiento ameboide (Imagen 12): movimiento reptante por la formación de un pseudópodo (extensión del citoplasma) que se adhiere a una superficie y tira del resto de la célula para que ésta avance. El inicio de este movimiento suele deberse a un proceso de quimiotaxis. - Movimiento ciliar (Imagen 13): tipo de movimiento realizado por los cilios a modo de remo. Estos cilios están compuestos por microtúbulos asociados a gran cantidad de proteínas. Son característicos los cilios del epitelio respiratorio para la excreción del moco. - Movimiento flagelar (Imagen 14): tipo de movimiento cuyo origen es similar al ciliar, pero con una única estructura (el flagelo) que rota sobre sí mismo como si fuera un motor de fuera a borda. Regulación y control génico Los genes son las unidades de almacenamiento de información en nuestro material genético en el núcleo de la célula, van a transmitir la herencia de padres a hijos determinando la síntesis de cualquier estructura de la célula. Nuestros genes, que están fijos en el interior del núcleo, están formados por Ácido DesoxirriboNucleico (o ADN, imagen 15). El ADN está compuesto por dos bases púricas (Adenina y Guanina) y dos bases pirimidínicas (Citosina y Timina) que están formando dos cadenas de ADN emparejadas en una doble hélice (Citosina y Guanina se emparejan entre sí y Timina y Adenina se emparejan entre sí). Sin embargo, el ADN no puede salir del núcleo y, para poder hacerlo y fabricar la mayoría de proteínas se sintetizará el Ácido RiboNucleico (ARN) en un proceso denominado transcripción, que es una cadena sencilla donde la base pirimidínica Timina se sustituye por Uracilo. A continuación, el ARN saldrá al citosol para unirse a ribosomas y sintetizar proteínas en un proceso denominado traducción. La regulación de los procesos celulares se realiza mediante: - Regulación de la expresión génica: engloba desde la duplicación y transcripción del ADN hasta la traducción de proteínas en el citoplasma. - Regulación de la función enzimática: permite la inhibición o activación de distintos procesos celulares o rutas enzimáticas Reproducción, diferenciación y muerte celular El ciclo celular es el proceso fuertemente regulado que tiene dos fases, la reproducción propiamente dicha o mitosis y el tiempo de "pausa" entre dos mitosis, denominado interfase, donde se produce la duplicación del material genético (Imagen 16). Existen tipos celulares que se reproducen a lo largo de toda nuestra vida (epitelio o células sanguíneas e inmunes), mientras que otras no se reproducen con frecuencia (células musculares) o incluso no se reproducen nunca (neuronas). La diferenciación celular produce cambios físicos y fisiológicos en las células para formar las diferentes estructuras del organismo. Esta diferenciación ocurre por represión o silenciación de ciertos genes y la promoción de otros, que produce células tan dispares como los receptores visuales, las células musculares que son contráctiles o los adipocitos que se encargan de almacenar grasa. El control del número de células del organismo se realiza mediante la regulación de la reproducción y de la muerte celular. Cuando una célula deja de ser necesaria o está envejecida inicia la muerte programada o apoptosis, que estimulará la fagocitosis por parte de los macrófagos. Sin embargo, si una célula recibe un daño se producirá la necrosis con inflamación de la región afectada (Imagen 17). DIFUSIÓN A TRAVÉS DE MEMBRANA Como puede observar en la Imagen 2, la difusión a través de la membrana celular se clasifica en dos subtipos: Difusión simple: el movimiento de los iones o moléculas ocurre directamente a través de la bicapa lipídica sin interacción con proteínas transportadoras. La tasa de difusión está determinada por la concentración de la sustancia a ambos lados de la membrana y su solubilidad en lípidos. En el caso de las sustancias liposolubles, éstas podrán atravesar la membrana en función de su liposolubilidad. Ciertas sustancias no iónicas de pequeño tamaño como oxígeno, nitrógeno, dióxido de carbono y etanol pueden atravesar la membrana directamente. Difusión facilitada: el movimiento del ion o molécula requiere la intervención de una proteína con dos subtipos: o Difusión a través de proteínas de canal: muchas sustancias hidrosolubles y el propio agua difunde a través de proteínas de canal. Así, aunque el agua es insoluble en los lípidos de membrana, atraviesa la membrana a través de ciertas acuaporinas (canales específicos para el paso de agua). Otras moléculas hidrosolubles (o lipofóbicas) pueden utilizar las acuaporinas si son los suficientemente pequeñas e hidrosolubles, como es el caso de la urea.  o Difusión mediante unión a proteínas transportadoras: la sustancia tiene que unirse a la proteína y ésta la transportará a través de la membrana. Ejemplo de esta difusión son algunos de los transportadores de glucosa y la mayoría de transportadores de aminoácidos. Difusión simple Existe toda una serie de factoras que van a afectar a la velocidad a la que se produce la difusión: Diferencia de concentraciones entre ambos lados de la membrana: las moléculas atravesarán la membrana por difusión intentando igualar las concentraciones de dicha sustancia entre ambos lados de la membrana. Por tanto, las moléculas que tengan una mayor concentración en el líquido extracelular con respecto al líquido intracelular entrarán en la célula, mientras que sucederá lo contrario con las sustancias que tengan una concentración mayor en el interior celular (ver Imagen 3). Potencial eléctrico de la membrana en la difusión de iones: también denominado potencial de Nerst, puede provocar que los iones atraviesen la membrana incluso en contra del gradiente de concentración (Imagen 4). Este movimiento se debe a que una carga negativa en un lado de la membrana promueve que las cargas positivas del otro lado se desplacen para equilibrar el potencial eléctrico. Ambos procesos (diferencia de concentraciones y de potencial eléctrico) irán produciéndose hasta que el movimiento de las moléculas o iones llegue a un equilibrio. Diferencia de presiones entre ambos lados de la membrana: en ocasiones se genera una diferencia de presiones entre ambos lados de la membrana, como sucede en las membranas de los capilares para el intercambio gaseoso. Al existir una presión superior en un lado de la membrana quiere decir que habrá más moléculas atravesando la membrana por movimiento difusión de la región con más presión a la de menos presión La difusión a través de poros y canales proteicos se debe a la presencia de canales tubulares que conectan el espacio intracelular y el extracelular. Sin embargo, el tamaño del poro y sus cargas eléctricas hacen que el canal tenga cierta selectividad, como es el caso de las acuaporinas que tienen un canal tan estrecho que solo permite el paso de las moléculas de agua de una en una. Existen dos tipos de poros o canales: I. Canales de permeabilidad selectiva: muchos de los canales/poros proteicos son muy selectivos al transporte de uno o más iones o moléculas, que es el resultado de su tamaño de poro, forma, naturaleza de las cargas eléctricas y enlaces químicos en el interior del canal (Imagen 6). Los mejores ejemplos de estos canales son los canales iónicos de Sodio (Na+), Potasio (K+), aunque hay otros como el canal de Calcio (Ca2+). II. Canales con compuerta: los canales con compuerta permiten controlar la permeabilidad de la membrana a iones mediante la apertura o cierre de compuertas gracias a los cambios estructurales que sufre la proteína. Los cambios conformacionales de las compuertas se controlan de dos formas: Activadas por voltaje: la conformación molecular de esta compuerta o de sus enlaces químicos responde al potencial eléctrico de la  membrana (Imagen 7). Ejemplos de estos canales son los canales de sodio y potasio del potencial de acción. o Activadas por ligando: algunos canales de compuerta se abren por unión a una sustancia, denominada ligando, que causa cambios conformacionales en la compuerta del canal (Imagen 8). TRANSPORTE ACTIVO Este tipo de transporte se lleva a cabo en las ocasiones en las que una molécula o ion tiene que transportarse en contra de gradiente como la extracción del Sodio (Na+) y la entrada del Potasio (K+) por la acción de la bomba de Sodio-Potasio. Estas dos situaciones ocurren en contra de la difusión simple, ya que ésta tendería a equilibrar las concentraciones y, por tanto, se producirá el gasto de ATP. El transporte activo requiere proteínas transportadoras que son capaces de utilizar la energía para mover la sustancia en contra del gradiente. Así, el transporte activo se divide en: I. Transporte activo primario: la energía que se utiliza para el transporte activo procede directamente del ATP. Por transporte activo primario se transportan los iones Sodio (Na+), Potasio (K+), Calcio (Ca2+), Hidrogeno (H+), Cloruro (Cl-) entre otros. a. Bomba de Sodio-Potasio: es el mecanismo de transporte activo más estudiado, por el cual se extrae Sodio de las células y se introduce Potasio al citoplasma. Esta bomba es la responsable de que se mantenga la diferencia de concentraciones de Sodio y Potasio entre ambas caras de la membrana estableciendo, además, una diferencia de potencial entre ambos lados de la membrana. La bomba de Sodio- Potasio extrae tres iones Sodio e introduce dos iones Potasio por cada ATP consumido (Imagen 10). b. Bomba de Calcio: los iones Calcio se mantienen a una concentración intracelular extremadamente baja (10000 veces inferior que en el fluido extracelular) por la presencia de dos bombas de transporte activo primario de Calcio: - Bomba de Calcio al exterior celular (típica de músculo liso). - Bomba de Calcio al interior de orgánulos celulares (típica de músculo esquelético). c. Bomba de Hidrógeno: Especialmente importante para la producción de ácido estomacal. II. Transporte activo secundario: la energía utilizada es la almacenada por la acumulación del ion Sodio (Na+) en el exterior celular por transporte activo primario. Así, se puede usar la energía generada al introducir el Sodio en la célula para introducir o sacar otras moléculas o iones en un movimiento acoplado. En función de que la otra sustancia se introduzca o se saque de la célula existen dos tipos de transporte activo: a. Cotransporte: se utiliza el movimiento a favor de gradiente del Sodio para introducir otras sustancias como glucosa o aminoácidos, que es especialmente importante en la absorción de nutrientes intestinal (Imagen 11).  b. Antiporte: se utiliza la entrada a favor de gradiente del Sodio para sacar otras sustancias como el Calcio o protones (Imagen 12). El antiporte de Sodio-Calcio ocurre en casi todas las membranas celulares, junto al transporte activo primario de Calcio, para mantener bajos los niveles intracelulares de Calcio. El Adenosín TriFosfato ATP En nuestro organismo cualquier alimento (carbohidratos, grasas o proteínas) es oxidable y,por tanto, permite la obtención de energía como (Adenosín TriFosfato) ATP para realizar lasfunciones vitales. El ATP es la "moneda" de intercambio energético porque posee dos enlacesfosfato capaces de almacenar mucha energía y suutilización es muy rápida (Imagen 1). De hecho, cada mol de ATP almacena 12000 calorías al hidrolizar su primer grupo fosfato y convertirseen ADP (Adenosín DiFosfato) y otras 12000 calorías al hidrolizar su segundo grupo fosfato y convertirse en AMP (Adenosín MonoFosfato). La energía almacenada como ATP se va a utilizar en: - Transporte activo de moléculas a través de lasmembranas celulares. - Contracción muscular y realización de trabajomecánico. - Reacciones sintéticas para crear hormonas,membranas celulares y otras moléculas esenciales del organismo. - Conducción del impulso nervioso. - División celular y crecimiento. - Otras funciones fisiológicas necesarias paramantener las funciones vitales y reproducirse Metabolismo de los carbohidratos Los carbohidratos de la dieta están compuestosmayoritariamente por glucosa, fructosa y galactosa. Todos ellos, tras la absorción en el tracto intestinal serán convertidos a glucosa porel hígado, que será la utilizada como almacenamiento (en forma de glucógeno) y como forma de transporte en sangre. Sin embargo, como la membrana plasmática es impermeable ala glucosa deberá atravesar las membranas por difusión facilitada o transporte activo. Una vezdentro de las células la glucosa va a ser fosforilada (se le pega un grupo fosfato) para que no pueda salir e inicie su vía metabólica a excepción de tres tipos celulares que si podránsacar la glucosa de la célula: Células del epitelio intestinal o enterocitos: esnecesario que la glucosa que absorben de los alimentos puedan sacarla después a sangre. Hepatocitos: como principales células dealmacenamiento de glucógeno, deben ser capaces de sacar la glucosa para mantener susniveles en sangre bajo control. Células del epitelio renal: deben ser capaces de recuperar la glucosa que haya pasado a la orina en formación y devolverla a la sangre. Glucógeno Cuando la glucosa no va a utilizarse inmediatamente para la producción de ATP,  nuestro organismo la almacenará como glucógeno (un polímero formado por una proteína denominada glucogenina y cientos o miles de unidades de glucosa como se ve en la Imagen 2). Todas las células de nuestro cuerpo son capaces de almacenar la glucosa como glucógeno, pero los hepatocitos y los miocitos son capaces de hacerlocon mayor eficiencia (5-8% en hepatocitos y 1- 3% en miocitos). La Glucogenogénesis es el proceso de formación de glucógeno a partir deunidades de glucosa (Imagen 3). Una vez que el glucógeno está formado, el proceso por el que se liberan unidades de glucosapara que puedan utilizarse en la obtención de energía o ser transportadas en la sangre se denomina glucogenolisis (Imagen 3), pero no es la reacción inversa y en función de las condiciones puede ser activada por: Adrenalina: es la hormona encargada de las respuestas de lucha o huida y, por tanto, activará la movilización del glucógeno (glucogenolisis) en el tejido muscular para que se pueda producir energía para la contracción muscular. Glucagón: es la hormona que controla la glucemia y, por tanto, activara la glucogenolisis hepática para elevar los niveles de glucosa en sangre cuando empiezan a bajar los mismos. Glucosa Si la glucosa va a utilizarse para la generación de ATP entrará en la ruta metabólica conocida como glucólisis, por la cual se obtendrá una cierta cantidad de energía en función de la disponibilidad de Oxígeno (Imagen 3). Sin embargo, cuando la glucemia baja se puede sintetizar glucosa a partir de los aminoácidos delas proteínas y el glicerol de las grasas, en un proceso denominado gluconeogénesis, el cual nos permite mantener la glucemia en condiciones de ayuno y mantener el metabolismo de tejidos que necesitan la glucosa para realizar su función La obtención de energía a partir de una moléculade glucosa se divide en varias etapas: 1. Glucólisis: proceso que ocurre en el citoplasmade la célula para producir 2ATP por cada molécula de glucosa con piruvato y 4 protones(H+) como resultado final. En función de la presencia/ausencia de oxígeno tendremos: a. Glucólisis anaerobia: cuando no hay Oxígeno disponible para hacer la fosforilación oxidativa el proceso de obtención de energía se termina aquí rindiendo 2 ATPs, 4 protones (H+) y 2 piruvatos; sin embargo, el piruvato y los protones (H+) no deben acumularse porquepararían el proceso de obtención de energía dela glucólisis y, por tanto, se combinan para formar lactato que difundirá al espacio extracelular a la espera de que se recuperen las condicionesaerobias. b. Glucólisis aerobia: sucede cuando hay Oxígeno disponible. Es la ruta metabólicaque rinde más energía de forma rápida oxidando una molécula de glucosa hasta CO2 y agua proporcionando los 38 ATPs que puede rendir de forma óptima la glucólisis. Formación del Acetil-Coenzima A (Acetil-CoA): este proceso ocurre en el citoplasma, dónde los dos piruvatos se unirán cada uno a una molécula de Coenzima A para generar 2 Acetil-CoA, 2 moléculas de CO2 y 4 protones (H+). Este proceso es poco eficiente desde el punto de vista energético ya que se pierden 2 átomos de Carbono por molécula de glucosa que no se podrán utilizar en el siguiente paso para generar energía, pero es la única  manera de introducir en la mitocondria (con su doble membrana) los productos de la glucolisis citoplasmática. Ciclo de Krebs: en este proceso que ocurreen la matriz mitocondrial (la parte más interna) se utilizan los 2 Acetil-CoA del paso anterior para degradar los dos grupos acetiloa 4 moléculas de CO2, produciendo 2 ATPs y 16 protones (H+). Fosforilación oxidativa: sucede en la cadena de transporte de electrones en la membranainterna de la mitocondria, dónde los 24 protones (H+) generados hasta el momento producirán las 34 moléculas de ATP restantes. Este proceso permite oxidar (añadir oxígeno) los protones (H+) a agua (H2O) generando, aproximadamente el 90% del ATP total que produce la glucosa. Esta cadena de transporte de electrones provoca que se acumulen los protones en el espacio intermembrana mitocondrial con un alto gradiente con respecto a la matriz mitocondrial, que se usará para generar ATP en la ATP sintasa (Imagen 4), el cual difundirá al citoplasma posteriormente. Resumen energético El número de moléculas de ATP generadas a partir de una molécula de glucosa en condiciones óptimas es: I Glucólisis: de glucosa a piruvato hay una ganancia neta de 2 ATPs. II Ciclo de Krebs: cada piruvato genera una molécula de ATP, pero como la molécula de glucosa se dividió en dos piruvatos la ganancia neta es de 2 ATPs. III Hidrógeno: 20 de los 24 protones se unirán a una molécula transportadora de protones (NADH) para generar tres moléculas de ATP por cada dos protones (H+) rindiendo una ganancia neta de 30 ATPs. Los 4 protones restantes generarán dos ATPs por cada 2protones + y por tanto rendirán un total de 24 ATPs. Por tanto, se han generado un total de 38moléculas de ATP en este proceso. Metabolismo de los lípidos Los principales lípidos presentes en la dieta son los triglicéridos (glicerol + ácidos grasos), los fosfolípidos, el colesterol y otros de menorimportancia, pero todos comparten su estructura básica, que es una larga cadena hidrocarbonada. Esta estructura les confiere su liposolubilidad y, por tanto, la capacidad de atravesar la bicapa lipídica por difusión de modo que su absorción en el intestino será directa. Sin embargo, para su transporte en sangre, los lípidos deben asociarse a diferentes proteínas (Imagen 5): Los lípidos de la dieta son transportados por los quilomicrones en la linfa hasta llegar al hígado y otros tejidos como tejido muscular yla grasa, dónde los quilomicrones dejan los triglicéridos y se dirigen al hígado cargados de colesterol (el lípido que les queda) para serretirados de la circulación.  El hígado pone en circulación lípidostransportados por: Lipoproteínas de muy baja densidad (VLDL, Very Light Density Lipoprotein): con una alta concentración de triglicéridosy una cantidad moderada de colesterol cuya función es la de transportar lípidos alos tejidos periféricos y, conforme los va dejando en dichos tejidos se convierte en... Lipoproteínas de densidad intermedia (IDL, Intermediate Density Lipoprotein): son los VLDL que han liberado parte de los triglicéridos pero conservan la mayor parte del colesterol y, cómo la proteína esmás densa que los lípidos, ahora la densidad del conjunto es mayor. Estas lipoproteínas de densidad intermedia siguen liberando triglicéridos hastaconvertirse en... Lipoproteínas de baja densidad (LDL, Light Density Lipoprotein): son la mismaestructura que ha liberado la mayoría de los triglicéridos y, por tanto, su densidades mayor. En este momento serán recogidas por el hígado para volver acargarlas de triglicéridos. Por otra parte, el hígado también pone en movimiento las lipoproteínas de alta densidad (HDL, High Density Lipoprotein) que es una estructura con muy baja carga de lípidos y va a ir recogiendo los lípidos que se hayan quedado rezagados para devolverlos al hígado. El almacenamiento de los lípidos se realiza en el hígado y en el tejido adiposo principalmente: El hígado cataboliza los ácidos grasos paragenerar energía, también sintetiza triglicéridos a partir de carbohidratos y colesterol a partir de ácidos grasos. El tejido adiposo almacena triglicéridos (hasta el 80-95% en volumen) para proveerde energía al cuerpo, servir como aislante térmico. Hay que tener en cuenta que el exceso de carbohidratos de la dieta se almacena como triglicéridos en el tejido adiposo, ya que el almacenamiento de energía en forma de glucógeno solo alcanzaunos cientos de gramos, pero el de grasa suele superar varios kilogramos. El metabolismo de los lípidos se produce en lamitocondria a dónde llegarán atravesando la membrana libremente. Una vez allí, se unirán alCoenzima A (CoA) para formar Acetil-CoA consumiendo 1 ATP y produciendo 4 protones (H+) en un proceso denominado beta oxidación. A continuación, cada Acetil-CoA entrará en el ciclo de Krebs para producir generando 1 ATP y 8 protones (H+) adicionales. Así, la beta oxidaciónrinde 4 ATPs y el ciclo de Krebs un total de 12 ATPs adicionales por cada grupo acetilo. En este momento debemos comparar el metabolismo de 1 molécula de glucosa (con sus 6 átomos de Carbono) y una cadena lipídica de 6 átomos de Carbono. En condiciones aerobias los 6átomos de Carbono de la glucosa rinden un total de 36 ATPs, mientras que 6 átomos de Carbono de una cadena lipídica rendirían 48 ATPs. Si tenemos en cuenta, además, que la grasa se almacena mejor que el glucógeno porque no necesita agua para ello, sale mucho más rentable para nuestro organismo almacenar la energía en forma de grasa. Sin embargo, hay tejidos, como el nervioso, que no pueden utilizar los  lípidos para su metabolismoy, por tanto, en ausencia de glucosa necesitan quese haga un procesamiento previo de los lípidos para poder utilizarlos. En estos casos el hígado condensan dos moléculas de Acetil-CoA en acetoacetato, el cual se convertirá, principalmente en el ácido β- hidroxibutírico y una pequeña parte en acetona. Ambos difunden libremente por la sangre hasta los tejidos que lo necesitan y, una vez allí, el ácido β- hidroxibutírico vuelve a formar el acetoacetato y éste a su vez las dos moléculas de Acetil-CoA que entrarán en el ciclo de Krebs para ser oxidadas. La acetona no tiene función en este proceso y la perderemos en la respiración siendo la causante del característico olor del aliento cuando una persona tiene hambre. Metabolismo de las proteínas Las proteínas son uno de los componentes principales del organismo (~75% del peso seco)con una gran variedad de funciones (estructural, enzimática, proteínas nucleares, transportadoras de oxígeno, contráctiles…) y compuestas por 20 aminoácidos codificados ennuestro material genético y, a día de hoy, hay reconocidos 2 aminoácidos adicionales (Imagen 6). La estructura básica del aminoácido, como su propio nombre indica, tienen un grupo amino (-NH2) y un grupo ácido(-COOH). Estos aminoácidos se unirán mediante enlaces peptídicos formando proteínas de tamaño mu variable, aunque con unos 400 aminoácidos de media. La digestión de las proteínas produce que nuestro intestino delgado absorba aminoácidos, algunos oligopéptidos y, en raras ocasiones, polipéptidos y proteínas completas. que van a ser absorbidos, por el hígadoprincipalmente, en los primeros 5-10 minutosque están en sangre siendo absorbidos por las células mediante transporte activo o difusión facilitada. Estos productos de la digestión de las proteínas se transportarán disueltos en sangre gracias a su carga (principalmente negativa) hasta llegar al hígado por la vena porta hepática (vía directa del intestino al hígado), donde pasarán a los hepatocitos por difusión facilitada o transporte activo. El almacenamiento de los aminoácidos se realiza en las proteínas, quedando siempre una concentración de aminoácidos baja en el interior de las células. En caso de necesidad, las proteínas pueden ser digeridas por los lisosomas hasta aminoácidos con el fin de enviarlos de nuevo a sangre (las proteínas que estabilizan el material genético, las proteínas estructurales como el colágeno y las proteínas contráctiles del músculo no suelen ser utilizadas para suministrar aminoácidos a sangre. Así, si los niveles de aminoácidos en sangre bajan, se degradaránproteínas para que los niveles de aminoácidos vuelvan a sus valores normales. Las proteínas más importantes de la sangre son El metabolismo de las proteínas va a dependerde la cadena lateral del aminoácido. Así, una vez que las células tienen suficientes proteínas de almacenaje, el resto de aminoácidos se van a catabolizar para obtener energía, se van aalmacenar como grasa o, en casos excepcionales, se almacenarán como glucógeno. Para ello deben una transaminasa hepática les quita el grupo amino y se lo pone al ácido α-cetoglutárico que podrá liberarlo como amonio (NH4+) que, al ser tóxico, se combinará para formar urea y ser eliminado posteriormente en la orina. Una vez hecho esto, se oxidan (catabolizan) transformando el ácido resultante de la desaminación en una sustancia que pueda entrar en el ciclo de Krebs y ya sigue su curso normal. En el caso de  que entren en una ruta anabólica dependerá del tipo de ácido que se forme que pueda formarse glucosa (y glucógeno) o un ácido graso. Del total de 20 aminoácidos codificados genéticamente, 18 pueden ser convertidos en glucosa porgluconeogénesis y 19 pueden ser convertidosen ácidos grasos por cetogénesis. POLARIZACIÓN DE LA CÉLULA Por distribución desigual de iones: Bomba de sodio-potasio (Na+/K+-ATPasa): Esta bomba activa transporta 3 iones de Na+ fuera de la célula y 2 iones de K+ dentro, manteniendo la alta concentración de Na+ fuera y K+ dentro de la célula. Canales dependientes de voltaje: para Na+ y K+ según gradientes de concentración y potencial eléctrico. POTENCIAL DE MEMBRANA EN REPOSO Diferencia de voltaje cuando no está enviando una señal: -70 milivoltios (mV) porque hay menos cargas positivas en el interior. POTENCIAL DE ACCIÓN Cambio rápido y transitorio en el potencial de membrana que se propaga a lo largo del axón de la neurona: 1. Despolarización: a. Estímulo alcanza un umbral específico (- 55 mV) b. Abren los canales de Na+ dependientes de voltaje c. Entrada masiva de Na+ d. Apertura lenta de canales de K+ e. Potencial de membrana positivo (+ 30 mV) 2. Repolarización: a. Canales de Na+ se inactivan b. Abren los canales de K+ c. Salida de K+ de la célula d. Restaurando el potencial negativo de la membrana. 3. Hiperpolarización: a. Sigue saliendo K+ b. Canales de K+ se cierran lentamente c. Potencial más negativo que reposo d. Puede volver a reposo o a despolarización si hay más estímulos 4. Regreso al potencial de reposo: a. Bomba de Na+/K+ b. Cierre de los canales de K+ c. Restablecen el potencial de membrana en reposo. PROPAGACIÓN DEL POTENCIAL DE ACCIÓN EN LA NEURONA A lo largo del axón en una especie de onda eléctrica. Axones no mielinizados, esta propagación es continua: o Despolarización en un segmento del axón desencadena la apertura de canales de Na+ en el siguiente segmento. Axones mielinizados, la conducción es saltatoria: o Potencial de acción "salta" de un nodo de Ranvier al siguiente o La membrana está expuesta y rica en canales de Na+. SINAPSIS ELÉCTRICA 1. Potencial de acción llega a la terminal axónica 2. Apertura de canales de calcio Ca2+ 3. Liberación de neurotransmisores almacenados en vesículas hacia el espacio sináptico 4. Se unen a los receptores en la membrana de la neurona postsináptica: a. Generando un potencial postsináptico excitatorio (EPSP) o inhibitorio (IPSP), dependiendo del tipo de neurotransmisor y receptor. SUMACIÓN Y GENERACIÓN DE NUEVOS POTENCIALES DE ACCIÓN 1. SUMACIÓN ESPACIAL: diferentes sinapsis 2. SUMACIÓN TEMPORAL: diferentes estímulos Si se alcanza el umbral de despolarización se inicia otro potencial de axón. SINAPSIS QUÍMICA La estructura histológica básica consta de una neurona presináptica que contacta con la neurona postsináptica (generalmente en las dendritas o el soma) en el denominado espacio sináptico (20-30 nanómetros). En el espacio sináptico será liberado en grandes cantidades el neurotransmisor, ya que difundirá libremente en este espacio sin una dirección (este espacio es tan estrecho para que el neurotransmisor no se pierda). La sinapsis química se puede resumir en los siguientes pasos: 1. Llegada del impulso nervioso (en forma de potencial de acción): es un potencial de acción normal, pero al llegar a la terminal presináptica se va a producir, además, la apertura de unos canales de Calcio dependientes de voltaje. 2. Apertura de canales de Calcio: con la llegada del impulso eléctrico (o nervioso) y la apertura de los canales de Calcio se va a producir la entrada de Calcio en la terminal presináptica y, por tanto, la excreción del contenido de las vesículas sinápticas (neurotransmisor). 3. Liberación del neurotransmisor: las vesículas sinápticas liberan el neurotransmisor al espacio sináptico que difundirá y, cuando se encuentre con los receptores de la neurona postsináptica provocará efectos excitatorios o inhibitorios en función del neurotransmisor liberado y del receptor que lo capte. Esto significa  que los receptores podrán clasificarse en excitatorios o inhibitorios en función de su efecto sobre la neurona postsináptica. 4. Recepción del neurotransmisor: una vez que la neurona postsináptica recibe al neurotransmisor se van a producir una serie de cambios en su membrana (como la apertura de canales de Sodio) o se van a activar segundos mensajeros (el primer mensajero es el neurotransmisor que pasa el testigo a una molécula en el interior de la neurona postsináptica) que efectuarán cambios en el citoplasma o incluso transmitirán la señal al núcleo con efectos sobre las funciones celulares. La clasificación de los receptores se hace en base a su función: o Receptores excitatorios: ▪ Apertura de canales de Sodio: puesto que la apertura de canales de Sodio es la que inicia el potencial de acción, un neurotransmisor que provoque la entrada de iones Sodio va a estimular la aparición de un potencial de acción en la neurona postsináptica. ▪ Cierre de canales de Potasio y cierre de canales de Cloro: tanto el cierre de los canales de Potasio como el de Cloro provoca que se acumulen cargas positivas en el interior de la célula, ya sea por acumulación de Potasio (K+), como por la inhibición de la entrada de Cloro (Cl-). Por tanto, como ambos aumentan la cantidad de cargas positivas en el interior de la célula, acercarán el potencial de la membrana al umbral y promoverán la aparición de un potencial de acción en la neurona postsináptica. ▪ Cambios metabólicos: en este grupo se incluyen todos los cambios metabólicos que produzcan la excitación de la neurona y, por tanto, provoque que el potencial de la membrana sea más cercano al umbral. o Receptores inhibitorios: ▪ Apertura de canales de Cloro y apertura de canales de Potasio: tanto la entrada de iones Cloro (Cl-) como la salida de iones Potasio (K+) van a provocar que el interior de la célula se vuelva más negativo y, por tanto, se alejará del potencial umbral haciendo más difícil la aparición de un potencial de acción en la neurona postsináptica. ▪ Cambios metabólicos: al igual que en los receptores excitatorios, en este grupo se incluye cualquier cambio metabólico que produzca la inhibición de la neurona postsináptica hiperpolarizando su membrana. 5. Eliminación del neurotransmisor: una vez que el neurotransmisor ha ejercido su función hay que eliminarlo del espacio sináptico, para ello hay diferentes vías: o Recaptación por la neurona presináptica para reutilizarlo más adelante. o Endocitosis por la neurona postsináptica y posterior digestión. o Eliminación por parte de enzimas digestivas específicas para el neurotransmisor presentes en el espacio sináptico. Adaptación de los receptores El proceso por el que los receptores se acostumbran (o adaptan) parcial o completamente a estímulos constantes tras un periodo determinado de tiempo se denomina adaptación y es dependiente del tipo de receptor. El proceso de adaptación implica que un receptor que está recibiendo un estímulo sensorial continuo empezará lanzando impulsos eléctricos con alta frecuencia (intensidad de la señal alta) que poco a poco irán enlenteciéndose llegando incluso a no emitir impulsos (intensidad baja o incluso nula). Existen dos tipos de receptores en función de su capacidad de adaptación: Receptores tónicos: se adaptan lentamente y no llegan a una adaptación complete y, por lo tanto, siguen trasmitiendo señal mientras el estímulo esté  presente. Por ello, nos mantienen conectados con el medio ambiente y con nuestro organismo. En este grupo se encuentran los propioceptores, los receptores del equilibrio, los nociceptores, los barorreceptores del cuerpo arterial y los quimiorreceptores de los cuerpos aórtico y carotídeos. Receptores fásicos: se adaptan rápidamente y solamente transmiten cuando hay cambios en la intensidad del estímulo, lo que implica que transmitirán la señal cuando aparezca el estímulo y cuando desaparezca. Su frecuencia de descarga nos permite predecir la situación del organismo una fracción de segundo más tarde, ya que la velocidad de descarga de los propioceptores articulares nos permite conocer a que velocidad está corriendo alguien y, por tanto donde están los pies en cada momento (con el fin de poder hacer correcciones mientras estamos en movimiento). Velocidad de conducción Las fibras nerviosas pueden clasificarse en función de la velocidad de la señal que transmiten, lo que a su vez es dependiente de la importancia de la señal transmitida. Así, la primera clasificación se realiza en base a la presencia/ausencia de mielina: Fibras mielinizadas: son fibras que poseen vainas de mielina y se dividen en dos grupos en función del calibre de la fibra y, por tanto, de la velocidad de conducción: o Tipo A: fibras de calibre medio y alto (1-20 micrómetros) y una alta velocidad de conducción (6-120 metros/segundo). Se subdivide en: ▪ α: con una velocidad de conducción de 60-120 m/s y un diámetro de 10-20 μm, son las fibras más rápidas y, por tanto, son las motoneuronas que se encargan de la contracción del músculo esquelético. ▪ β: con una velocidad de conducción de 30-100 m/s y un diámetro de 5-14 μm son, principalmente, las fibras sensitivas responsables de tacto y presión. ▪ γ: con una velocidad de conducción de 12-50 m/s y un diámetro de 2-8 μm, son las responsables de la transmisión motora a los husos musculares. ▪ δ: con una velocidad de conducción de 6-50 m/s y un diámetro de 1-5 μm son las fibras responsables del dolor agudo localizado, la temperatura y parte del tacto. o Tipo B: fibras de pequeño calibre (120%), podrá generar una fuerza inferior, debido a que hay menos solapamiento entre actina y miosina y, por tanto, se podrán producir menos puentes cruzados. Por otra parte, cuanto más acortado esté el sarcómero (