Tema 4. Citosol PDF

Tema 4. Citosol. Asignatura: Biología. Grado: Óptica y Optometría. Curso 24-25 Objetivos del aprendizaje: Composición química, estructura y funciones del citosol. Utilización de energía por las células: ATP y NADH Rutas metabólicas https://www.part...

Tema 4. Citosol. Asignatura: Biología. Grado: Óptica y Optometría. Curso 24-25 Objetivos del aprendizaje: Composición química, estructura y funciones del citosol. Utilización de energía por las células: ATP y NADH Rutas metabólicas https://www.partesdel.com/partes_de_la_celula_eucariota.html COMPOSICIÓN Y ESTRUCTURA DEL CITOSOL Citosol (cito = célula + sol = solución) El citosol es la parte del citoplasma sin los orgánulos y sin el núcleo. Sustancia acuosa semifluida que rodea a los orgánulos y núcleo. Puede representar más de la mitad del volumen celular en las células animales. Composión: 70-75% agua. Proteínas, Iones, aminoácidos, glúcidos y ATP En comparación con el medio extracelular, el citosol tiene una alta concentración de potasio y una baja concentración de sodio y calcio. https://www.scienceabc.com/pure-sciences/what-is-cytosol-how-is-it-different-from-cytoplasm.html El contenido de agua en el citosol es variable. Estado gel, de consistencia viscosa Dos estados con consistencia diferente Estado sol, de consistencia fluida La célula puede cambiar el estado del citosol de sol a gel o viceversa, según las necesidades de la célula (necesidades metabólicas) y juega un papel muy importante en la locomoción celular. Sol Gel Solución coloidal desordenada (sol)y otras veces como una red integrada, formando una masa sólida (gel). Distintas fases fluidas y sólidas dependiendo del nivel de interacción entre componentes citoplásmicos https://www.researchgate.net/figure/Figura-14-Proceso-de-Gelificacion-del-TEOS-El-gel-contiene-en-su- interior-disolvente_fig83_315098301 Imagen modificada  CITOESQUELETO En el citosol se encuentra el citoesqueleto. (lo podemos llamar “esqueleto y músculos” de la célula) Estructura cambiante: Polimerización y despolimerización Citoesqueleto: filamentos proteicos que forman un entramado resistente y dinámico que se extiende a través del citoplasma. Imagen tomada de https://mmegias.webs.uvigo.es/5-celulas/7-citoesqueleto.php Responsable de la organización interna de la célula, de su forma y del movimiento. Tres tipos de filamentos que forman el citoesqueleto: - Microfilamentos o filamentos de actina. - Filamentos intermedios. - Microtúbulos Imagen tomada de https://www.edu.xunta.gal/centros/iespuntacandieira/system/files/09_El_citoplasma._Citosol_y_organulos.pdf  INCLUSIONES CITOPLASMÁTICAS Material que se encuentra dentro de la célula y que sirve como material de reserva. Las células almacenan estos productos para asegurar un aporte continuado de combustible y obtener la energía necesaria en condiciones desfavorables. Carentes o no de membrana. Estructuras temporales. Glucógeno Imágenes tomadas de https://mmegias.webs.uvigo.es/02-english/5-celulas/6-gota-lipidos.php Tipos de Inclusiones: Inclusiones lipídicas. En los adipocitos y constituyen una gran reserva energética. Glucógeno: Principal reserva en hígado y en células musculares. Imagen modificada de https://www.infobiologia.net/2017/06/glucogeno-sintesis-regulacion.html El citosol no tiene una función única y bien definida como otros componentes celulares. Sirve como sitio para una serie de procesos intracelulares. -Transducción de señales: Mecanismo celular que convierte un estímulo en una respuesta dentro de la célula, desde la membrana celular hasta los distintos sitios del interior celular. Proceso importante porque transmite información sobre los cambios que ocurren fuera de la célula y envía información desde el interior de la célula a otras partes de la célula. De esta forma, la célula puede responder adecuadamente a estos cambios. https://www.scienceabc.com/pure-sciences/what-is-cytosol-how-is-it-different-from-cytoplasm.html  Imagen del libro “Fundamentos de Bioquímica” FUNCIONES: 1. Medio de soporte de orgánulos citoplasmáticos. 2. Regulador del pH intracelular. 3. Almacén de sustancias de reserva: Inclusiones citoplasmáticas. 4. Implicado en la motilidad celular: Citoesqueleto. Distribución donde tienen lugar las reacciones metabólicas 5. Medio donde ocurren reacciones metabólicas celulares.  Utilización de energía por las células. Primera ley de la termodinámica: la energía no se crea, ni se degrada, sólo se transforma. Principales transportadores activados de energía: - ATP, - NADH y NADPH ATP (Adenosín trifosfato) Transportador activado más importante originado en el catabolismo (Respiración y fotorrespiración) de una célula y la principal fuente de energía de dicha célula. Funciones ATP: -Síntesis de macromoléculas (ADN,ARN, proteínas) -Transporte activo a través de membranas -Señalización celular https://espanol.libretexts.org/Biologia/Biolog%C3%ADa_introductoria_y_general/Libro%3A_Conceptos_en_Biolo -Mantenimiento estructural y movimiento celular: g%C3%ADa_(OpenStax)/04%3A_C%C3%B3mo_obtienen_energ%C3%ADa_las_c%C3%A9lulas/4.02%3A_Glic%C3% B3lisis polimerización de filamentos del citoesqueleto, contracción del Formado por una base nitrogenada (adenina) unida al músculo, movimientos de cilios y flagelos, o desplazamiento de carbono 1 de un azúcar de tipo pentosa (ribosa),que cromosomas en su carbono 5 tiene enlazados tres grupos fosfato.  Imagen tomada de https://www.researchgate.net/figure/Figura-2-Estructura-del-ATP-y-sus-productos-de-hidrolisis_fig2_328292061 GENERACIÓN DE ENERGÍA: HIDRÓLISIS DE ATP -Se libera energía cuando se hidroliza ATP (rotura de un enlace fosfoanhidro) en presencia de H2O -La conversión de ATP en ADP libera aproximadamente 7,3 enlace fosfoanhidro Kcal/mol de ATP La hidrólisis de ATP está acoplada a muchas otras reacciones energéticamente desfavorables de síntesis de moléculas HPO4-2 Imagen tomada de https://courses.lumenlearning.com/suny-orgbiochemistry/chapter/20-1-atp-the-universal-energy-currency/ Ejemplo: Biosíntesis del aminoácido Glutamina A partir de Glutamato y amoniaco Glutamina: Uno de los 20 aa que componen las proteínas. Su biosíntesis en el cuerpo ayuda a 'limpiar' de amoníaco algunos tejidos. Dos reacciones acopladas: 1. Glutamato se transforma en intermediario altamente energético (hidrólisis de ATP). 2. Reacción del intermediario altamente energético con amoniaco para dar glutamina y Pi (intermediario + glutamina + ADP + Pi). REGENERACIÓN DEL ATP Importante porque las células tienden a usar (hidrolizar) las moléculas de ATP muy rápidamente y dependen de que el ATP sea reemplazado constantemente. TIPOS DE MECANISMOS PRODUCTORES DE ATP. 1. FOSFORILACIÓN A NIVEL DE SUSTRATO: Formación de ATP por la transferencia directa de un grupo fosforilo (PO32-) a ADP a partir de otro compuesto fosforilado. Los intermediarios reactivos se obtienen más a menudo en el curso de procesos de oxidación en catabolismo. 2. FOSFORILACIÓN OXIDATIVA: A través de proteína ubicadas en la membrana de las mitocondrias o cloroplastos. La energía es utilizada por la enzima ATP-sintasa, para acoplar la fosforilación del ADP a ATP. Fosforilación fotosintética si se produce en el cloroplasto Fosforilación oxidativa si tiene lugar en la mitocondria. Imagen tomada de https://theory.labster.com/atp-synthase-es/ NAD+, NADP+ Actúan en reacciones anabólicas de oxidación-reducción Usos de NAD y NADP -El NAD participa en muchas reacciones redox en las células, incluyendo las de la glucólisis y la mayoría de las del ciclo del ácido cítrico de la respiración celular. -El NADP es el agente reductor producido por las reacciones lumínicas de la fotosíntesis y se utiliza en muchas otras reacciones anabólicas tanto en plantas como en animales. -Bajo las condiciones existentes en una célula normal, los átomos de hidrógeno mostrados en rojo se disocian de estas sustancias ácidas. Imagen de https://espanol.libretexts.org/Biologia/Biolog%C3%ADa_introductoria_y_general/Libro%3A_Biolog%C3%ADa_(Kimball)/04%3A_Metabolismo_Celular/4.03%3A_NAD_y_NADP  NAD y NADP intervienen en reacciones de oxidación-reducción Oxidación de molécula 1 (substrato): Reducción de molécula 2. Dos moléculas de Hidrógeno se El NADPH transportador trasfiere el liberan del substrato ión hidruro altamente energético a (oxidación)reduciendo la molécula la molécula 2 (reducción). transportadora (NADP+ NADPH+ H+). METABOLISMO: Suma de las reacciones químicas esenciales para la nutrición, el crecimiento y la reparación de las células, así como para la conversión de la energía en formas utilizables. METABOLISMO= ANABOLISMO + CATABOLISMO ANABOLISMO: CATABOLISMO: Fabricación de moléculas complejas a partir de Degradación de moléculas moléculas más sencillas. complejas a sencillas. Estas moléculas se Se libera energía: ATP o almacenan para su coenzimas reducidas posterior degradación (NADH, NADPH) Se consume energía: ATP, luz y , NADH, NADPH)  Resumen El citosol es la parte del citoplasma acuosa, semifluida que no incluye los orgánulos y el núcleo. Compuesto en su mayoría por agua y en el citosol se encuentra el citoesqueleto y las inclusiones lipídicas Citoesqueleto formado por 3 tipos de filamentos: microfilamentos o filamentos de actina, filamentos intermedios y microtúbulos Inclusiones citoplasmáticas: Inclusiones lipídicas y glucógeno (reserva) Funciones del citosol: Soporte de orgánulos citoplasmáticos, Regulador del pH intracelular, Almacén de sustancias de reserva, Motilidad celular, Medio donde ocurren reacciones metabólicas celulares. ATP: originado en el catabolismo de la célula y la principal fuente de energía de esta. NAD+, NADP+: Actúan en reacciones oxidación-reducción. Rutas metabólicas CATABOLISMO DE CARBOHIDRATOS (GLUCOSA) CONDICIONES AEROBIAS vs ANAEROBIAS Condiciones aeróbicas Condiciones anaeróbicas  Catabolismo de carbohidratos. - Glucolisis. - Primer paso en la descomposición de la glucosa para extraer energía para el metabolismo celular. - Tiene lugar en el citosol. Comienza con una molécula de seis carbonos (glucosa) y termina con dos moléculas de un azúcar de tres carbonos (piruvato). Obtención neta de 2 moléculas de ATP y 2 NADH Imagen de https://espanol.libretexts.org/Biologia/Biolog%C3%ADa_introductoria_y_general/Libro%3A_Conceptos_en_Biolog%C3%ADa_(OpenStax)/04%3A_C%C3%B3mo_obtienen_energ%C3%ADa_las_c%C3%A9lulas/4.02%3A_Glic%C3%B3lisis  Catabolismo de carbohidratos. - Glucolisis. 1. Fosforilación de las hexosas 2 2. Oxidación de las triosas 3. Generación de energía 1 3 Se invierten dos moléculas de ATP en la primera mitad de la glucolisis y cuatro moléculas de ATP durante la segunda mitad. Esto produce una ganancia neta de dos moléculas de ATP por molécula de glucosa para la célula. 2 Imagen adaptada del libro “La Célula”  CATABOLISMO DE CARBOHIDRATOS (GLUCOSA) Condiciones aeróbicas Condiciones anaeróbicas  Ciclo del ácido cítrico o ciclo de Krebs Se produce en el interior de la mitocondria Proporciona gran cantidad de poder reductor en forma de NADH o FADH 2 La glucolisis (llevada a cabo en el citosol) y el ciclo del ácido cítrico (o ciclo de Krebs)(llevada a cabo en la mitocondria)proporcionan los precursores necesarios para la síntesis de muchas moléculas biológicas importantes. Imagen sacada de https://edea.juntadeandalucia.es/bancorecursos/file/a59be908-e5c7-4039-b180-184993041e47/1/es- an_2013020513_9115605.zip/ODE-b920ad47-b60d-386a-b759-579a2b39d577/32_balance_energtico.html?temp.hn=true&temp.hb=true Oxidación del piruvato. Ciclo del ácido cítrico o ciclo de Krebs 8 reacciones: Ciclo cerrado (la última parte de la vía regenera el compuesto utilizado en el primer paso) - AcetilCoA (2C) se combina con Oxalacetato (4C) para producir citrato (6C) - A través de las ocho reacciones, 2C del citrato se oxidan completamente a CO2y se regenera el oxalacetato. - Durante el ciclo, se forma un enlace de alta energía en forma de GTP, que se emplea directamente para promover la síntesis de ATP - Cada vuelta de ciclo produce 3 moléculas de NADH y 1 molécula de FADH2 - El ciclo del ácido cítrico completa la oxidación de glucosa a 6 moléculas de CO2. (2 piruvatos) Se obtienen 4 moléculas de ATP directamente de cada molécula de glucosa (2 de la glucolisis y 2 del ciclo del ác. Cítrico (1 por cada piruvato). Además 10 NADH (2 de glicolisis y 2 conversión del piruvato a acetilCoA y 6 del ciclo del ác. Cítrico) y 2 FADH2. Imagen del libro “La Célula” Fosforilación oxidativa: Cadena transportadora de electrones Los electrones del NADH y FADH2, se transfieren al O2, a través de una serie de transportadores organizados en cuatro complejos proteicos en la membrana de la mitocondria. La energía libre derivada de las reacciones del transporte de electrones en los complejos I, III y IV se emplea para promover la síntesis de ATP. 3 moléculas de ATP de la oxidación de cada NADH 2 moléculas de ATP de la oxidación de cada FADH2 Imagen del libro “La Célula”  https://www.asturnatura.com/temarios/biologia/catabolismo/balance-respiracion La degradación de la glucosa, es la fuente principal de energía celular. La degradación oxidativa completa de glucosa a CO2 y H2O se puede escribir como: Glucosa (C6H12O6) + 6 O2 +38 ADP +38 POi 6 CO2 + 6 H2O + 36/38 ATP CATABOLISMO DE CARBOHIDRATOS (GLUCOSA) CONDICIONES ANAEROBIAS Condiciones aeróbicas Condiciones anaeróbicas  Fermentación láctica y alcohólica. Fermentación: Conjunto de reacciones metabólicas mediante las que los organismos heterótrofos obtienen energía de combustibles orgánicos en ausencia de oxígeno molecular. Se producen a partir del piruvato (producto final de la glucolisis) Se generan 2 ATP (de glicolisis) por glucosa utilizada, además de NAD+. En condiciones anaeróbicas, el NADH se reoxida por la conversión del piruvato a lactato o etanol  Fermentación alcohólica https://espanol.libretexts.org/Biologia/Biolog%C3%ADa_introductoria_y_general/Libro%3A_Conceptos_en_Biolog%C3%ADa_(OpenStax)/04%3A_C%C3%B3mo_obtienen_energ%C3%ADa_las_c%C3%A9lulas/4.04%3A_Fer mentaci%C3%B3n  CATABOLISMO DE CARBOHIDRATOS (GLUCOSA) CONDICIONES AEROBIAS vs ANAEROBIAS Imagen tomada de https://respiracion-celular-biologia.blogspot.com/2012/05/respiracion-celular.html  ANABOLISMO DE CARBOHIDRATOS (GLUCOSA): GLUCONEOGÉNESIS Se consume energía y se regenera poder reductor. Se consumen 6 moléculas de ATP por cada glucosa producida. Diferentes moléculas pueden ser sustrato en distintas etapas de la ruta Gluconeogénica: -Glicerol -Aminoácidos -Lactato  ANABOLISMO DE CARBOHIDRATOS: Síntesis de glucógeno. GLucogenosíntesis Ocurre principalmente en el hígado y el músculo esquelético. https://espanol.libretexts.org/Salud/Ciencias_B%C3%A1sicas/Biolog%C3%ADa_celular%2C_gen%C3%A9tica_y_bi oqu%C3%ADmica_para_estudiantes_precl%C3%ADnicos/04%3A_Combustible_por_ahora/4.05%3A_S%C3%ADnte sis_de_gluc%C3%B3geno CATABOLISMO DE LÍPIDOS CATABOLISMO DE LÍPIDOS Tipos de lípidos: Lípidos simples, triglicéridos: se se forman a partir de sólo dos tipos de compuestos: glicerol unido a tres ácidos grasos. Lípidos complejos: contienen al menos un componente adicional, por ejemplo, un grupo fosfato (fosfolípidos) o un glúcido (glucolípidos). CATABOLISMO DE LÍPIDOS Los triglicéridos son los componentes primarios del tejido adiposo (grasa corporal). Los triglicéridos son depósitos muy concentrados de energía porque se encuentran en forma reducida. En los tejidos con alta necesidad de energía, como el corazón, hasta el 50-70% de la energía, en forma de producción de ATP, Reservas energéticas humano (70Kg): proviene de la β-oxidación de los ácidos grasos. 100000 kcal triacilglicéridos Ácidos grasos: 9 kcal/g 250000 kcal en proteínas Carbohidratos y proteínas:4 kcal/g (los ácidos grasos están 600 kcal en glucógeno mucho más reducidos) 40 kcal en glucosa. Reservas de glucógeno= supervivencia 1 semana Reservas de triacilglicéridos= Reservas para semanas. CATABOLISMO DE LÍPIDOS Los triglicéridos y fosfolípidos (grasas) se descomponen por acción de las lipasas y fosfolipasas liberando: Glicerol: Se fosforila a glicerol-3-fosfato y se convierte en gliceraldehído 3-fosfato, que continúa a través de la glucolisis. Cadenas de ácidos grasos: Se catabolizan en un proceso denominado β-oxidación. β-oxidación: Proceso catabólico por el cual las moléculas de ácidos grasos se descomponen en el citosol en procariotas y en las mitocondrias en eucariotas para generar acetil-CoA. El acetil-CoA entra en el ciclo del ácido cítrico. CATABOLISMO DE PROTEINAS CATABOLISMO DE PROTEINAS El hígado es el sitio principal del metabolismo de los aminoácidos, pero otros tejidos, como el riñón, el intestino delgado, los músculos y el tejido adiposo, participan. INTERCAMBIO DE ENERGÍA ENTRE CELULAS Y TEJIDOS Los metabolismos de distintos tejidos o células pueden estar interconectados. La fuente principal de energía en células musculares contráctiles es la glucosa, que es proporcionada en gran parte por las células del hígado. El ácido láctico, producto final de la fermentación láctica (metabolismo anaeróbico), se convierte de nuevo en glucosa en el hígado mediante gluconeogénesis.  Resumen Catabolismo carbohidratos (glucosa): Condiciones aeróbicas---Respiración celular. Condiciones anaeróbicas---Fermentación. Diferente ganancia de ATP. (Se genera ATP) Glucolisis: Se desarrolla en el citosol Ciclo del ácido cítrico o ciclo de Krebs: Mitocondria Fosforilación oxidativa: Membrana mitocondrial. Fermentación: Citosol Anabolismo carbohidratos: Se consume ATP. Gluconeogénesis o glucogenosíntesis Catabolismo de lípidos: generación de energía a partir del glicerol o ácidos grasos Catabolismo de proteinas: Descomposición de aa y puede seguir distintas vias metabólicas. Tema 1. Caracteres generales de los seres vivos. Asignatura: Biología. Grado: Óptica y Optometría. Curso 24-25 Objetivos del aprendizaje: Reconocer, diferenciar y entender las características definitorias de los seres vivos Describir los niveles de organización de la vida. Conocer las distintas categorías de clasificación y escribir correctamente los distintos nombres científicos desde Dominio a Especie. Clasificación de los seres vivos según filogenia  GENERALIDADES DE LOS SERES VIVOS Imágenes sacadas de internet  GENERALIDADES DE LOS SERES VIVOS BIOLOGÍA, del griego [bíos], «vida», y [-logía], «tratado, estudio, ciencia»: Ciencia que estudia la vida ¿QUÉ ES UN SER VIVO? Un ser vivo u organismo es un conjunto material de organización compleja, en la que intervienen sistemas de comunicación molecular que lo relacionan internamente y con el medio ambiente en un intercambio ordenado de materia y energía. Los seres vivos tienen la capacidad de desempeñar las funciones básicas de la vida de tal manera que los seres vivos actúan y funcionan por sí mismos sin perder su nivel estructural hasta su muerte. Todos ellos poseen una serie de características en común y que les son propias. Características de los seres vivos: 1. Organización específica : Teoría Celular 2. Metabolismo 3. Homeostasis 4. Crecimiento 5. Irritabilidad. Respuesta a estimulos 6. Reproducción 7. Adaptación 1. Organización específica: Teoría celular - Todos los organismos vivos están compuestos por células. - La célula es la unidad estructural y fisiológica de los seres vivos. - Las células constituyen las unidades básicas de la reproducción: cada célula procede de la división de otras células preexistentes, siendo idéntica a estas genética, estructural y funcionalmente. - La célula es la unidad de vida independiente más elemental. Teoría Celular “omnis cellula e cellula” Universalidad de la teoría celular al aplicarla también al tejido nervioso. Todas las células tienen unos componentes comunes esenciales: - Membrana plasmática: Las aísla del Todas las células realizan las tres medio que las rodea y constituye la funciones vitales: principal barrera para el intercambio de sustancias con el exterior. - Nutrición Unidad vital (Ser - El interior celular contiene elementos vivo más pequeño - Relación (inclusiones, orgánulos) imprescindibles que realiza las para el correcto funcionamiento de la funciones vitales). - Reproducción célula. - Información genética (ADN y ARN), así como ribosomas implicados en la síntesis de proteínas.  2. Metabolismo Suma de las reacciones químicas esenciales para la nutrición, el crecimiento y la reparación de las células, así como para la conversión de la energía en formas utilizables. Suma de procesos físicos y químicos en un ser vivo mediante los cuales la energía del medio se transforma para producir, mantener y destruir sus estructuras y realizar así sus funciones vitales. METABOLISMO = ∑ reacciones químicas del organismo= ANABOLISMO (biosíntesis) + CATABOLISMO (degradación) Ej. Metabolismo de la glucosa La molécula de reactivo original, A, sufre una serie de reacciones, cada una catalizada por una enzima específica. El producto de cada reacción sirve como reactivo para la siguiente reacción de la vía. Las vías metabólicas suelen estar interconectadas, de manera que el producto de un paso en una vía podría servir como reactivo de la siguiente reacción en esa vía o para una reacción en otra vía. Imagen tomada del libro “Biología. Ciencia y Naturaleza” 3. Homeostasis Mecanismos que permiten al organismo mantener un estado de equilibrio a través de la regulación y control de las reacciones metabólicas. En este sentido el organismo vivo puede regular su medio interno en respuesta a estímulos externos y/o internos. Cuando los receptores especializados detectan un cambio interno en las condiciones, se genera una respuesta para corregir el cambio. La mayoría de las respuestas homeostáticas implican un efecto que es antagónico al estímulo detectado (retroalimentación negativa) Cuando los niveles vuelven al equilibrio, el efector deja de generar una respuesta y, por lo tanto, se mantiene un equilibrio interno https://es.khanacademy.org/science/ap-biology/cell-communication-and-cell-cycle/feedback/a/homeostasis  Ósmosis: Difusión del agua a través de una membrana en respuesta a Osmorregulación la presión osmótica causada por un desequilibrio de moléculas a ambos lados de la membrana Forma activa de regular la presión osmótica del medio interno manteniendo los líquidos osmóticos del cuerpo. (unicelular: vacuolas contráctiles y flujos de iones; pluricelular: Control hormonal ) https://espanol.libretexts.org/Biologia/Biolog%C3%ADa_introductoria_y_general/Libro %3A_Biolog%C3%ADa_General_(OpenStax)/7%3A_Estructura_y_Funci%C3%B3n_Anim al/41%3A_Regulaci%C3%B3n_osm%C3%B3tica_y_Excreci%C3%B3n/41.1%3A_Osmoreg ulaci%C3%B3n_y_Equilibrio_Osm%C3%B3tico#:~:text=La%20osmorregulaci%C3%B3n% 20es%20el%20proceso,cuando%20se%20disuelve%20en%20agua. Dictyostelium discoideum Estudio de la vacuola contráctil en Dictyostelium discoideum Vacuola contráctil: orgánulo osmorregulador Fotografía realizada por Inmaculada Ramírez- Macías. University of Alberta  Dictyostelium discoideum Condiciones hipotónicas Condiciones isotónicas H2O. 63X Medio de cultivo. 63X. Fotografías realizadas por Inmaculada Ramírez-Macías. University of Alberta 4. Crecimiento Incremento de la cantidad de materia viva en el organismo. El aumento en la masa celular se produce por: -División celular: incremento de número células (poblaciones celulares). -Desarrollo celular: Incremento del tamaño celular (citoplasma y orgánulos). Casos anormales o patológicos: 1.- Hipertrofia: incremento anormal del volumen celular. 2.- Hiperplasia: incremento anormal del nº de células. Aparición de tumores benignos, y malignos (cáncer) Imagen tomada del libro “Biología. Ciencia y Naturaleza” 5. Irritabilidad. Respuesta a estímulo Estímulo: Cambio detectable en la estructura física o química del entorno interno o externo de una célula u organismo que es capaz de causar una reacción en dicha célula u organismo. La capacidad para reaccionar a cambios del medio (estímulos) determina la capacidad para sobrevivir en el medio ambiente. Sensibilidad: La capacidad máxima de un organismo u órgano para responder a estímulos externos. Para generar respuestas a estímulos tiene que existir un receptor con capacidad para captar estímulos y generar respuestas al cambio detectado.  6. Reproducción REPRODUCCIÓN: Capacidad de los seres vivos para producir copias de sí mismos. La reproducción conlleva un sistema de transmisión de la información: la herencia. Sin esta capacidad, no podrían persistir en el tiempo, generación tras generación. Existen dos mecanismos de reproducción: Asexual y Sexual. La reproducción sexual involucra a más de un individuo y es la fuente de la variación genética sobre la cual actúan los procesos vitales de la evolución y la adaptación. Tipos de reproducción SEXUAL ASEXUAL Requiere dos organismos parentales Requiere un organismo parental Existencia de células especializadas: El organismo realiza una copia de sí células germinales o gametos mismo y se divide La descencia es genéticamete La descencia es genéticamente única conteniendo una idéntica al organismo parental combinación de alelos parentales Principalmente en Organismos Principalmente en Organismos complejos (casi todos los simples (procariotas, aunque también eucariotas). eucariotas ej. hongos)) Tipos: Meiosis Tipos: Mitosis, Bipartición, etc Imagen tomada del libro “Biología. Ciencia y Naturaleza” 7. Adaptación Adaptación: Proceso evolutivo dinámico en el que una población de individuos se adapta a su entorno mejorando su aptitud evolutiva. Rasgos que incrementan la capacidad de sobrevivir en un ambiente determinado. La adaptación trae cambios en la especie más que en el individuo en particular. Por ello la mayor parte de las adaptaciones se dan durante períodos prolongados de tiempo y en ellas intervienen varias generaciones. Las adaptaciones son consecuencia de la evolución. TIPOS DE ADAPTACIONES 1.Estructurales (morfo-anatómicas) 2.Fisiológicas (funcionales) 3.Conductuales (o etológicas) 4.Combinación de las anteriores  ORGANIZACIÓN DE LA VIDA Nivel de organización Definición Ejemplo Nivel de organización Definición Ejemplo ESPECIE Nivel básico de los SERES VIVOS Biocenosis + Biotopo = ECOSISTEMA Imagen adaptada del libro “Biología. La ciencia de la vida”  CLASIFICACIÓN DE LOS SERES VIVOS Clasificar es agrupar atendiendo a unos caracteres determinados. En biología se utiliza la clasificación taxonómica, caracterizada porque los caracteres empleados en ella tienen un valor jerárquico. Carlos Linneo o Carl von Linné (1707-1778): Considerado el creador de la clasificación de los seres vivos o taxonomía. Linneo desarrolló en 1731 un sistema de nomenclatura binomial: el nombre científico otorgado a una especie es la combinación de dos palabras: el nombre del género y el nombre específico Ej. Homo sapiens. Taxonomía: Estudio de la clasificación de los organismos. (Tradicionalmente criterios morfológicos, anatómicos o biológicos). Sistemática: Área de la biología encargada de clasificar a las especies a partir de su historia evolutiva (filogenia). Pretende que la jerarquía en la que se disponen los taxones refleje el grado de parentesco que existe entre ellos. Taxón: Según Simpson (1961), grupo de organismos reconocidos como una entidad formal a cualquier nivel de una clasificación jerárquica. Categoría taxonómica: nivel jerárquico en el que podemos situar un taxón. Ejemplos: especie, género, familia… Principales categorías de clasificación de los seres vivos según el International Commission on Zoological Nomenclature (ICZN): Humano Eukarya Especie: Población o conjunto de individuos semejantes estructural y funcionalmente que Animalia pueden entrecruzarse y producir descendencia fértil. Chordata Categoría taxonómica básica sobre la que se Mammalia asienta todo el sistema actual de nomenclatura. Primates Hominidae Homo En cursiva o subrayado H. sapiens ÁRBOL FILOGENÉTICO El árbol de la vida es uno de los principios organizadores más importantes de la biología Las representaciones clásicas del árbol de la vida se han centrado en la naturaleza de las relaciones evolutivas o en la diversidad de vida conocida y bien clasificada con énfasis en los eucariotas Los nuevos métodos para generar secuencias genómicas iluminan la identidad de los organismos que no se pueden cultivar. En 2015, datos genómicos de más de 1000 organismos no cultivados y poco conocidos, junto con secuencias publicadas----versión ampliada del árbol de la vida incluyendo: Bacteria, Archaea y Eukarya. Los resultados Árbol filogenético Basado en: "A new view of the tree of life". Nature revelan el dominio de la Microbiology: 16048. DOI:10.1038/nmicrobiol.2016.48 diversificación bacteriana y la importancia de los organismos que carecen de representantes aislados.  RESUMEN Características de los seres vivos: 1. Organización específica : Teoría Celular 2. Metabolismo 3. Homeostasis 4. Crecimiento 5. Irritabilidad. Respuesta a estimulos 6. Reproducción 7. Adaptación Niveles de organización de la vida 1. Químico 2. Celular 3. Orgánico 4. Poblacional 5. Ecosistema  RESUMEN Según la International Commission on Zoological Nomenclature (ICZN) existen 8 categorías principales de clasificación de los seres vivos: 1. DOMINIO 2. REINO 3. FILO O DIVISIÓN 4. CLASE 5. ORDEN 6. FAMILIA 7. GÉNERO 8. ESPECIE Clasificación filogenética de los organismos en 3 grandes grupos 1. BACTERIA 2. ARQUEA 3. EUKARYOTA Tema 2. Células procariota y eucariota. Asignatura: Biología. Grado: Óptica y Optometría. Curso 24-25 Tema 2: Objetivos del aprendizaje 1. Diferencias entre célula procariota y eucariota. 2. Identificar los distintos componentes de una célula procariota. 3. Diferencias entre bacterias Gram+ y Gram-.  ¿Por qué son pequeñas casi todas las células? Necesidad de intercambiar nutrimentos y desechos con su ambiente exterior a través de la membrana plasmática. Imagen tomada del libro “Biología. Ciencia y Naturaleza” Diferencias entre célula eucariota y procariota Propiedad, características Procariotas Eucariotas Tamaño (diametro de una Pequeño, 1 micrómetro Grande 10-100 célula tipica) aprox. micrómetros aprox. Núcleo rodeado de No Si membrana Nucléolo Ausente Presente Retículo endoplasmatico Ausente Presente Aparato del Golgi Ausente Presente Orgánulos Ausente Presente Procariotas pro:antes de; Eucariotas Microtúbulos Ausente Presente cariota: núcleo Eu: cierto; Microfilamentos Ausente Presente 1.Más antiguas cariota: núcleo Filamentos intermedios Ausente Presente 2.Pequeño diametro 3.Unicelulares (tasas 1.ADN 1.Evolucionan a partir de Exocitosis y endocitosis Ausente Presente reproductivas mayores) 2.ARN procariotas Modo de división celular Fisión celular Mitosis y meiosis 4.Ausencia núcleo 3.Ribosomas 2.Más complejos y mayor 5.ADN: Cromosóma único 4.Citoplasma dimensión Contenido de ADN (pares circular. 5.Membrana 3.Núcleo y orgánulos 1*106- 5*106 1*107- 5*109 de bases) 6.Sin orgánulos plasmática 4.Uni/pluricelulares 7.Pared celular rodeando la 5.ADN: Múltiples cromosomas Procesamiento del RNA Pequeño Múltiple memb. Plasmática lineales *Ribosomas Pequeño Grande 8.Flagelos (en algunos casos)  Célula procariota Diplococos Tamaño: 1-10 micrómetros Estreptococos (cadenas, hileras) - Cocos: bacterias con forma redondeada o esférica Racimos Tétradas Morfología: Sarcinas Diplobacilos - Bacilos: bacterias con forma de bastón. Estreptobacilos (cadenas, hileras) - Otras formas: cocobacilos, vibrio (forma de coma), filamentos, espiraladas… Corte longitudinal de bacteria Escherichia coli. Microscopia electrónica Imágenes tomadas del libro “Introducción a la Biología. Celular”  Estructura de la célula Procariota A.- Cápsula: capa protectora flexible o rígida que envuelve la pared celular formada de polisacáridos. B.- Pared celular: constituida por polisacáridos y proteínas que forman una red de protección de la célula en contra de la presión osmótica. C.- Membrana Plasmática: composición lipídica y proteica en la que hay F E enzimas que participan en los procesos metabólicos que requiere la H D célula, como la respiración celular; además, se encarga del transporte de sustancias. C D.- Nucleoide y ADN. Formado por una sola cadena de doble hélice de B ADN asociado a proteínas no histonas. E.- Ribosomas: Se encuentran libres en el citoplasma y realizan la síntesis A de proteínas. F.- Mesosoma: Invaginaciones de la membrana que se ubican cerca de la zona de división celular y que aumentan la superficie. G.- Flagelo. Son prolongaciones extendidas con movimientos ondulatorios G cuya función es el desplazamiento de la célula. H.- Pili y fimbrias. Mas cortos y delgados que los flagelos; no son responsables del movimiento de la célula, sino que permiten la unión o adhesión de la bacteria a un sustrato, a otras bacterias o a células eucariotas. Plásmidos Son pequeños segmentos de ADN de forma circular que se “Biología: La ciencia de la vida” multiplican y se unen al nucleoide para que la célula pueda dividirse.  Membrana Plasmática. Bacterias Gram + y arqueas: Membrana Interna o citoplasmática. Bacterias Gram-: Membrana interna y externa. Peptidoglucano (Gram +/-). Mayor tamaño en Gram + (Pared celular). Espacio periplásmico: Bacterias Gram+: Espacio entre membrana plasmática y pared celular. Bacterias Gram-: Espacio entre membrana interna y externa. Pared celular (rica en péptidoglucano en Gram+) Flagelo/ Pilus (Gram +/-).  Gram (+) Gram (-) Imagen tomada de Curtis, 2008 Estructura del peptidoglucano: Formado por una secuencia alterante de N-acetil- glucosamina (NAG) y N-acetilmurámico (NAM) unidos mediante enlaces β-1,4. NAG-NAM están unidos a un tetrapéptidos que se unen entre sí mediante enlaces peptídicos. FUNCIONES: MANTENER LA FORMA E INTEGRIDAD CELULAR MANTENER LA PRESIÓN OSMÓTICA.  Tinción de Gram. Método de tinción más usado en microbiología que permite diferenciar entre bacterias Gram positivas y bacterias Gram negativas. Además de estudio morfológico Ensayo de tinción de Gram, Violeta de cristal (colorante catiónico)+ lugol (que hace que el violeta cristal se fije a la pared bacteriana). A continuación, se añade una mezcla de alcohol-acetona. Las bacterias Gram negativas pierden el colorante al añadir solución ya que el alcohol-acetona disuelve el contenido lipídico de su pared. Al añadir un contra-tinción tal como safranina o fuchsina después del lavado, las bacterias Gram-negativas captan el colorante de contraste (rojo o de rosa). Mientras que las bacterias Gram positivas conservan su colorante violeta cristal (oscuro) debido a su gruesa pared celular. Flagelo Procariota Funcion/es del Flagelo: Movimiento Sensorial. Respuesta Transducción de señales Cada flagelo consta de tres Adhesión partes distintas: Factores de virulencia importantes El filamento Gancho El cuerpo basal https://microbiologyinfo.com/flagella- introduction-types-examples-parts- functions-and-flagella-staining-principal- procedure-and-interpretation/  Fimbrias y pili Filamentos finos de proteínas que se distribuyen por la superficie de algunos procariotas Son factores de colonización por su importancia en los fenómenos de adhesión a la superficie de sus hospedadores. Su diámetro es de 2-20 nm y longitud de hasta varias micras. Las fimbrias tienen tamaño menor que los pili, y están implicadas en procesos de adherencia celular, ya sea superficies sólidas o a otras células Los pili son los encargados de la conjugación bacteriana. https://www.microscopemaster.com/pili-and-fimbriae.html Plásmidos Los plásmidos son moléculas de ADN extracromosómico circular que se replican y transmiten independientes del ADN cromosómico. Número y tamaño varía desde 3 a 10 Kb. Los plásmidos a menudo contienen genes o paquetes de genes que les confieren una ventaja selectiva, lo que les da la habilidad de hacer a la bacteria resistente a antibióticos. CONJUGACIÓN BACTERIANA Proceso de transferencia de material genético (generalmente un plásmido) de una bacteria donadora a otra receptora. 1.La célula donante genera pilus. 2.Pilus se une a la célula receptora y ambas células se aproximan. 3.Relaxosoma: Complejo proteico que corta enlaces fosfodiéster del ADN para separar las dos cadenas del plásmido y transferir una hebra de ADN la célula receptora. 4.Ambas células sintetizan la segunda cadena y regeneran un plásmido completo. Además, ambas células generan nuevos pili y son ahora viables como donantes ADN y Nucleoide: ADN distribuido en una porción del citoplasma llamado Nucleoide ADN procariotas: cromosoma único Nucleoide: ADN + ARN + proteínas asociadas (replicación y división celular). https://espanol.libretexts.org/Biologia/Microbiolog%C3%ADa/Microbiolog%C3%ADa_(OpenStax)/03%3 A_La_Celda/3.03%3A_Caracter%C3%ADsticas_%C3%BAnicas_de_las_c%C3%A9lulas_procariotas  Teoría endosimbionte Invaginaciones de la membrana de un En un segundo evento el procariota ancestral da lugar a sistemas de eucariota ancestral endomembrana como el Retículo internaliza una bactería Endoplasmático y el Núcleo fotosintética que genera el En 1967 Lynn Cloroplasto Margulis propone la teoría endosimbiótica que explica la aparición de la célula eucariota por asimilación simbiótica de células procariotas con habilidades diferenciadas En un primer evento endosimbiótico el eucariota ancestral internaliza una bacteria aeróbica que evoluciona a Mitocondria  RESUMEN Diferencias entre célula eucariota y procariota Procariotas 1.Más antiguas Eucariotas 2.Pequeño diametro 1.Más complejos y mayor 3.Unicelulares (tasas dimensión reproductivas mayores) 2.Núcleo y orgánulos 4.Ausencia núcleo 3.Uni/pluricelulares 4.ADN: Múltiples 5.ADN: Cromosóma cromosomas lineales único circular. 6.Sin orgánulos 7.Pared celular rodeando la memb. Plasmática Componentes de una célula procariota - Cápsula. - Nucleoide y ADN. - Flagelo. - Pared celular. - Ribosomas. - Pili y fimbrias. - Membrana Plasmática. - Mesosoma. - Plásmidos  RESUMEN Gram (+) Gram (-) Teoría Endosimbionte o endosimbiótica Origen de la célula eucariota a partir de distintas simbiosis de organismos procariotas Tema 3. Membrana plasmática. Asignatura: Biología. Grado: Óptica y Optometría. Curso 24-25 Objetivos del aprendizaje: Estructura y función de la membrana plasmática. Composición de la membrana plasmática. Tipos de transporte de sustancias a través de la membrana plasmática.  MEMBRANA PLASMÁTICA Membrana fluida formada por una bicapa lipídica (5 nm) en la que está incrustada una variedad de proteínas Aísla el contenido de la célula del ambiente externo. Regula el flujo de materiales hacia dentro y hacia fuera de la célula. Funciones Permite la interacción con otras células y con el entorno extracelular. Reconocimiento intercelular Imagen tomada del libro “Biología Molecular de la célula”  BICAPA LIPÍDICA 5nm de grosor, 50% del volumen Membrana plasmática. Formada por lípidos: 1. Fosfolípidos. Distribución asimétrica (irregular) en las membranas FOSFOGLICÉRIDOS ESFINGOLÍPIDOS 2. Colesterol 3. Glucolípidos Moléculas Anfifílicas o anfipáticas con dos extremos: Hidrofílico (polar): Grupo Fosfato, unido a varios grupos de la cabeza polar. Hidrofóbico (apolar). Ácidos grasos: Dos extremos hidrocarbonados hidrofóbicos (14-24 residuos) unidos a un grupo carboxilo funcional. Imagen tomada del libro “La célula”  https://biologia-geologia.com/biologia2/3211_acidos_grasos_saturados_e_insaturados.html Ácidos grasos (de parte hidrofóbica) de 2 tipos: 1.Cola de ácidos grasos insaturados (1 o + dobles enlaces) 2.Cola de ácidos grasos saturados (sin dobles enlaces, saturados con hidrógeno). El grado de saturación afecta al empaquetamiento y fluidez de los lípidos. Saturada menos fluida , insaturada más fluida. Las bicapas de los fosfolípidos que se encuentran en la naturaleza son viscosas, fluidas, no sólidas. Los ácidos grasos de la mayor parte de los fosfolípidos naturales tienen uno o más enlaces dobles que introducen codos en las cadenas y dificultan el empaquetamiento. Por tanto, las cadenas de ácidos grasos se mueven libremente en el interior de la membrana, dando lugar una membrana ligera y flexible Imagen tomada del libro “Biología Molecular de la célula” 1.FOSFOLÍPIDOS FOSFOGLICÉRIDOS y ESFINGOLÍPIDOS FOSFOGLICÉRIDOS: Fosfolípidos más abundantes. Estructura : Cabeza polar: Base nitrogenada (ej. colina, serina, etanolamina)+Fosfato + Grupo Glicerol. Cola apolar: Diferentes ácidos grasos unidos al glicerol por un grupo carboxilo (COOH) funcional. Principales: Fosfatidiletanolamina, fosfatidilserina, fosfatidilcolina. https://enciclopediadebiologia.com/fosfolipidos/  ESFINGOLÍPIDOS: Estructura: Cabeza polar: Grupos nitrogenados (ej. Colina, Serina)+ Fosfato. Cola apolar: Grupo Ceramida compuesto de: 1. Esfingosina o esfingol (en lugar de glicerol): 18 carbonos, con un grupo amino (-NH2) y dos grupos hidroxilo (-OH) en el extremo que forman una cadena hidrocarbonada insaturada. 2. Ácido graso unido al –NH2 terminal y un grupo fosfocolina al –OH terminal (ej. Esfingomielina) Principales: Esfingomielina. Ceramida Ceramida Ceramida: se compone de un ácido graso unido mediante un enlace amida a una esfingosina. FOSFOGLICÉRIDOS ESFINGOLÍPIDOS  Muy abundante en la membrana plasmática: Relación 2.COLESTEROL colesterol:Fosfolípido. Proporción 1:1 aproximadamente en la membrana plasmática Estructura rígida constituida por: 1.Grupo hidroxilo polar 2.Estructura rígida de anillos esteroideos 3.Corta cadena hidrocarbonada no polar de 7 carbonos. Los Anillos esteroideos estabilizan e inmovilizan las cadenas hidrocarbonadas mas cercanas a la cabeza polar Se orientan en la bicapa con sus grupos hidroxilo cerca de los grupos de cabeza polares de las moléculas de fosfolípidos. Funciones: 1.Estabilidad a la membrana plasmática de la célula animal. Reduce la permeabilidad de la bicapa a moléculas pequeñas solubles. 2.Regula fluidez de membrana. Hace la membrana menos fluida a altas temperaturas y más fluida a baja temperatura. Imágenes tomadas del libro “Biología Molecular de la célula”  https://definicion.edu.lat/academia/D1085D7079E7D1A7E02CF7D96FFB56F0.html 3.GLUCOLÍPIDOS Moléculas lipídicas que contienen azúcares expuestos al exterior de la membrana plasmática. Se encuentran en la capa externa de la bicapa lipídica. (5% de los lípidos de la monocapa externa). Distribución asimétrica en las membranas, tienden a asociarse por enlaces no covalentes en balsas lipídicas. Estructura: Grupo polar: Glúcidos. Grupo Apolar: Ceramida: esfingosina + ácido graso Tipos: Cerebrósidos, Globósidos, Gangliósidos. Función: 1. Protegen la membrana de agresiones externas (cambios de pH o enzímas) 2. Alteran la carga eléctrica de la membrana plasmática. 3. Procesos de reconocimiento célula-célula al situarse en la Ceramida Ceramida cara externa de la membrana plasmática. FOSFOGLICÉRIDOS ESFINGOLÍPIDOS 4. Reconocimiento antigénico  Balsas lipídicas La esfingomielina y los glucolípidos tienden a agruparse en pequeñas zonas semisólidas denominadas balsas lipídicas que también están enriquecidas en colesterol debido a la afinidad de empaquetamiento del colesterol y los esfingolípidos Imagen tomada del libro “La célula” Modelo de Mosaico Fluido (Singer y Nicolson en 1972) - Bicapa lipídica en la que se insertan diversas proteínas. - Las moléculas lipídicas son móviles y pueden desplazarse a lo largo de la bicapa. - La membrana celular se comporta como un fluido en el que las proteínas están inmersas https://www.portaleducativo.net/primero-medio/40/membrana-plasmatica Movimientos en la bicapa lipídica de la membrana plasmática - Flip-flop o intercambio de membranas. Rara vez en fosfolípidos, usual en colesterol. - Difusión lateral: El más rápido. - Rotación-flexión: Movimientos sumamente rápidos, llevados a cabo por cadenas hidrocarbonadas no saturadas flexibles. ❖ Translocasas de fosfolípidos: Conjunto de proteínas que catalizan flip-flop para el transporte de fosfolípidos a la cara externa de la Membrana Plasmática. Imagen tomada del libro “Biología Molecular de la célula”  La Fluidez/rigidez de la Membrana Plasmática depende de la temperatura y de la composición lipídica 1. Longitud de la cola hidrocarbonada: Esto se debe a que las interacciones intermoleculares entre las colas de fosfolípidos agregan rigidez a la membrana. 2. Contenido en colesterol: 1. Aumento de temperatura: el colesterol disminuye la fluidez de la Membrana Plasmática. 2. Disminución de temperatura: El colesterol aumenta la fluidez evitando su rigidez. 3. Grado de saturación de ác. Grasos:. 1. Las colas saturadas no tienen dobles enlaces y, como resultado, aumenta la rigidez de la Membrana Plasmática. 2. Las colas insaturadas tienen dobles enlaces y, como resultado, aumenta la fluidez debido a las desviaciones que se producen. 4. Temperatura: 1. Temp.bajas: los fosfolípidos en la bicapa no tienen tanta energía cinética y se agrupan más estrechamente, aumentando las interacciones intermoleculares y disminuyendo la fluidez de la membrana. 2. Temp. altas: los fosfolípidos tienen suficiente energía cinética para superar las fuerzas intermoleculares que mantienen la membrana unida, lo que aumenta la fluidez de la membrana. Asimetría de la bicapa lipídica - Composición entre monocapa lipídicas es diferente. - Diferencias en carga eléctrica. Imagen tomada del libro “La célula” - Transportadores de fosfolípidos mantienen diferencias en composición. - Transmisores de señales PROTEINAS DE MEMBRANA Singer y Nicolson distinguieron dos clases de proteínas Confieren funciones específicas a la membrana. asociadas a la membrana: Cantidad y tipo variables. Típicamente la mitad de la masa de una membrana - Proteínas integrales de membrana plasmática (%50). - Proteínas periféricas FUNCIONES: Receptores de membrana Transporte de sustancias. Enzimas de membrana. Moléculas de adhesión de membrana Imagen tomada del libro “La célula” PROTEÍNAS. TIPOS DE ESTRUCTURA Y ASOCIACIÓN A LA MEMBRANA PLASMÁTICA Proteínas unidas a membrana mediante anclaje de Glucosilfosfatidilinositol Proteínas citosólicas Proteínas transmembrana Proteínas asociadas a proteínas de membrana Proteínas transmembrana. Unidas mediante una (1) o múltiples hélices α (2) o como una lámina β (Barril β) (3). Proteínas citosólicas, unidas a cara interna de la MP mediante hélices α (4) o anclaje lipídico (5). Proteínas unidas a membrana mediante anclaje de Glucosilfosfatidilinositol (GPI, 6). Proteínas asociadas a proteínas de membrana. Unidas mediante interacciones no covalentes con otras proteínas de membrana(7,8). Imagen adaptada del libro “Biología Molecular de la célula”  GLICOCÁLIX Constituido por los oligosacáridos de los glicolípidos y de las glicoproteínas transmembrana Epitelio intestinal Zona periférica rica en hidratos de carbono de la superficie de las células eucarióticas, en contacto con el medio extracelular. La mayoría de las proteínas de membrana están Glicosiladas. Espesor de hasta 50 nm, mucho más gruesa que la membrana misma. Imagen tomada del libro “La célula” FUNCIONES GLICOCÁLIX 1.Proteger del daño mecánico y químico. 2.Mantener a distancia otras células 3.Comunicación y Señalización Celular. 4.Procesos de Adhesión y reconocimiento célula-célula. 5.Procesos infecciosos, reconocimiento de anticuerpos.  RESUMEN Membrana plasmática formada por una bicapa lipídica, proteínas. La bicapa lipídica determina la estructura básica de las membranas biológicas. Las proteínas son las responsables de la mayoría de las funciones de las membranas actuando como receptores. Las proteínas pueden ser integrales o periféricas. Modelo mosaico fluido Bicapa lipídica: Altamente impermeable a la mayoría de las moléculas polares  TRANSPORTE DE SUSTANCIAS A TRAVÉS DE LA MEMBRANA PLASMÁTICA Los gases, las moléculas hidrofóbicas y las pequeñas moléculas polares sin carga pueden difundir a través de las bicapas de fosfolípidos. No pueden hacerlo las moléculas polares más grandes ni las moléculas cargadas El transporte de Nutrientes es importante: 1.Regulación del balance osmótico y volumen celular. 2.Regulación del pH intracelular. 3.Señalización celular. Imagen tomada del libro “La célula”  TRANSPORTE DE MOLÉCULAS A TRAVÉS DE LA MEMBRANA PLASMÁTICA TRANSPORTE TRANSPORTE PASIVO ACTIVO DIFUSIÓN BOMBA BOMBA DE CALCIO DIFUSIÓN SIMPLE FACILITADA SODIO-POTASIO TRANSPORTADORES ABC  TRANSPORTE ACTIVO TRANSPORTE PASIVO: DIFUSIÓN SIMPLE (A través de la bicapa) NO sucede a favor de gradiente. Requiere un gasto de energía mediante disociación de ATP La A favor de gradiente energía ayuda a el transporte de un ion (ej.Na+) No gasto de energía. Difusión de pequeñas moléculas polares cargadas, (gases:O2, CO2 y etanol) TRANSPORTE PASIVO: DIFUSIÓN FACILITADA A favor de gradiente. No gasto de energía. Mediado por Proteínas de canal: Transporte de iones a través de gradiente. Proteínas Transportadoras: Cambios de conformación para permitir el paso de moléculas. http://www.bionova.org.es/biocast/tema12.htm Difusión simple - Las sustancias orgánicas de naturaleza apolar difunden fácilmente a través de la bicapa lipídica a favor de gradiente de concentración. - Los gases de importancia biológica, como el O2 y el CO2, gracias a su escasa o nula polaridad y a su pequeño tamaño, también difunden con facilidad a través de la bicapa lipídica. El agua, gracias a su pequeño tamaño molecular, también atraviesa la membrana por difusión simple a través de la bicapa lipídica a pesar de ser una sustancia polar. También lo hacen otras sustancias polares de pequeño tamaño tales como el etanol o la urea. Sin aporte externo de energía. Las Moléculas siguen un gradiente de concentración. La velocidad neta de difusión de un gas a través de una membrana fluida es proporcional a la diferencia de presión parcial, proporcional al área de la membrana e inversamente proporcional al grosor de la membrana. Ley de Fick. Velocidad de difusión depende del tamaño de la molécula y de lo soluble que sea en aceites (apolares que sean). Cuanto más pequeñas y mas apolares ---Mejor difusión Imagen del libro “Biología Molecular de la célula” Transporte a través de proteínas Participan en el transporte pasivo y activo Participan en el transporte pasivo Imagen del libro “Biología Molecular de la célula”  http://www.bionova.org.es/biocast/tema12.htm Canales iónicos Difusión facilitada Proteinas transportadoras Proteínas canal: Forman poros en las Los solutos transportados no son modificados membrana y se pueden abrir o cerrar con por la proteína transportadora. (al contrario de rapidez. reacciones enzimáticas). Permiten el flujo de iones Na+, K+, Ca2+ o Cl- a Uno o mas sitios de unión por soluto favor de gradiente electroquímico transportado. Importantes en células nerviosas. Mantienen Cambios conformacionales reversibles. el potencial de membrana Tipos de movimiento mediado por transportador - Uniporte. Transporte pasivo de un soluto de un lado a otro de la membrana. - Cotransporte. La transferencia de un soluto depende estrictamente del transporte de otro. Simporte: Transferencia simultanea de dos solutos en la misma dirección. Antiporte: Transferencia de dos solutos en sentido contrario. Imagen del libro “Biología Molecular de la célula”  Transportador de glucosa impulsado por gradiente de Na+. (Simporte) Las uniones de Na+ y glucosa son cooperativas, la unión de uno de los solutos aumenta la afinidad por el otro y sólo se produce el cambio conformacional cuando ambos solutos se han unido. Se realiza a favor de gradiente de Na+: Cuanto mayor el gradiente de Na+, mayor es la entrada de soluto (glucosa). El Na+ se disocia rápidamente en citosol. El resultado final es la entrada de glucosa y Na+ al interior celular. Imagen del libro “La célula” TRANSPORTE ACTIVO -En contra de un gradiente de concentración, o bien, si se trata de sustancias con carga eléctrica, en contra de un gradiente electroquímico. En este caso, la dirección del transporte es contraria a la que predicen las leyes termodinámicas, es decir, se opone a la tendencia natural a que se alcancen por difusión idénticas concentraciones a ambos lados de la membrana. Por ello, el transporte activo no es un proceso espontáneo, sino que requiere energía metabólica que debe ser aportada por la hidrólisis del ATP TIPOS DE TRANSPORTADORES ACTIVOS -Bombas impulsadas por ATP. Energía liberada de una reacción química, como la disociación del ATP -Bombas impulsadas por luz o reacciones redox. ( luz).Rodopsina bacteriana Imagen modificada del libro “Biología Molecular de la célula” Tipos de Bombas (ATPasas) presentes en membrana plasmática Bombas tipo P: proteínas transmembranas multipaso. Incluye las bombas que generan y mantienen el gradiente de Na+, K+, H+ y Ca2+ a través de la membrana. Transportadores ABC: bombean sobre todo moléculas pequeñas a través de las membranas celulares, en contraste de las ATPasas tipo P que exclusivamente transportan iones. Bombas tipo F: No la vamos a estudiar Imagen modificada del libro “Biología Molecular de la célula” TRANSPORTE ACTIVO Bombear K+ al interior o Na+ y Ca2+al exterior requiere de transporte activo en contra de gradiente. Se utiliza energía en forma de ATP. BOMBA Na+/K+ BOMBA de Ca2+ TRANSPORTADORES ABC BOMBA de Ca2+ La bomba de Ca2+es un transportador situado en la membrana del retículo sarcoplásmico (RS) o Retículo endoplasmático liso de las células musculares. El RS actúa como almacén celular de Ca 2+. Estructura: 10 α-hélices transmembrana con una cavidad de unión a Ca 2+, unidas a 3 dominios citosólicos. N: Dom. Unión a nucleótidos A: Dom. Activador P: Dom. Fosforilación. Liberación de Ca2+ al RS: Bomba de Ca2+ (dibujo 1) tiene afinidad por el calcio. Intercambio de dos formas de la enzima mediante hidrólisis de ATP (sitio aceptor para nucleótidos) y fosforilación de residuo de Aspártico (dominio de fosforilación) - Rotación de 90o del domino activador y reagrupación de las hélices transmembrana al interior del Lumen del RE. Bomba de Ca2+ (dibujo 2) tiene baja afinidad por el calcio y favorece expulsión Funciones de la bomba de calcio El Ca2+ cumple papeles importantes en la célula, por lo que su regulación dentro de ellas es fundamental para su correcto funcionamiento. A menudo, actúa como un segundo mensajero. En los espacios extracelulares, la concentración de Ca2+ es aproximadamente 10.000 veces mayor que dentro de las células. Un aumento de la concentración de este ion en el citoplasma celular desencadena diversas respuestas, como contracciones musculares, liberación de neurotransmisores y la degradación de glucógeno. La célula es extremadamente sensible a los cambios de concentración del Ca2+. Al presentar una diferencia tan marcada con su concentración extracelular, resulta sumamente importante restablecer eficientemente sus niveles citosólicos normales. BOMBA de Na+ / k+ Transportador más importante de la M.P. Una célula dedica 1/3 de su energía a impulsar esta bomba. ANTIPORTE: Transporta Na+ desde el interior celular al exterior, en contra de un gradiente electroquímico. Al mismo tiempo transporta K+ desde el exterior al interior en contra de un gradiente de concentración. La concentración de K+ en el interior celular es 10-30 veces > que en el exterior celular. El gradiente de Na+ es importante para impulsar el transporte de la mayoría de nutrientes. FUNCIONES: Regula el volumen celular y la correcta ósmosis celular. Imagen modificada del libro “Biología Molecular de la célula”  Modelo de funcionamiento de la bomba Na+/K+ Imagen del libro “La célula” BOMBA de Na+ / k+ FUNCIONES: Regula el volumen celular y la correcta ósmosis celular. La célula se hincha o se encoge a favor de su gradiente de concentración Regula el volumen celular dependiendo de la osmolaridad del medio externo. Las tasas de liberación de Na+ son máximas en ambientes hipertónicos y viceversa en ambientes hipotónicos. Transportadores ABC Aprovechan la energía de hidrólisis de ATP para bombear solutos: aminoácidos, iones y compuestos hidrofóbicos (fármacos) en contra de gradiente. Amplio espectro de especificidad de substrato. Importadores y exportadores de solutos. Constituyen la mayor familia de proteínas de transporte a través de la membrana. Se encuentran en casi todas las especies (48 tipos en humanos). Estructura general: 2 dominios transmembrana formados cada uno por 6 hélices transmembrana (TMDs). 2 dominos ABC ATPasa (Nucleotide binding domains, NBDs) Función: Participan en la detoxificación Proteina específica de unión (Binding protein) que libera celular el substrato al interior del transportador. Transporte de moléculas pequeñas mediante transportadores ABC I. En ausencia de ATP el transportador expone el lugar de unión a sustrato. II. Unión de ATP lleva consigo dimerización de los dos dominios de unión a ATP y liberación del sustrato. III. La hidrólisis de ATP, da lugar a la disociación de los dos dominios de unión a ATP. IV. Vuelta a la conformación original.  RESUMEN Transporte pasivo a favor de gradiente o transporte activo en contra de gradiente. 2 tipos de proteínas de transporte: Transportadores y canales Transporte activo: Bombas impulsadas por ATP. Bombas Na+/K+ Bombas de Ca2+ Transportadores ABC