bioquímica
Clase 1
Temas:
La célula
Estructura y funciones
Metabolismo celular
objetivos
•
En esta clase se prentende brindar
conceptos basicos sobre la anatomia,
fisiologia y bioquimica de la celula,
comprender como participa en
procesos importantes y analizar como
repercute en cada uno de ellos.
Bioquímica
•
La bioquímica o química biológica es la
ciencia encargada de estudiar las
moléculas que constituyen los seres
vivos, su estructura, su localización en
los tejidos y órganos, las reacciones
químicas por las cuales se forman y se
destruyen y por ultimo sus funciones.
•
La Bioquímica utiliza las leyes de la
física, química general (Mineral y
Orgánica).
La célula
¿En que se diferencia una célula animal de una vegetal?
¿Dónde se localiza el material hereditario?
Definición de célula.
•
Es la unidad anatómico y funcional de
todo ser vivo.
•
Tiene función de autoconservación y
autorreproducción.
•
Es por esto, por lo que se considera la
mínima expresión de vida de todo ser
vivo.
Tamaño celular.
• En 1665, Robert Hooke observó con un
microscopio un delgado corte de corcho. Hooke notó que el material era poroso. A esos poros, los llamó células. Hooke había observado células muertas.
• Unos años más tarde, Marcelo Malpighi,
anatomista y biólogo italiano, observó células vivas. Fue el primero en estudiar tejidos vivos al microscopio.
• El tamaño normal de una célula puede variar
Clasificacion celular.1
Células procariotas
• Las células procariotas no poseen un núcleo celular
delimitado por una membrana.
• Los organismos procariontes son las células más
simples que se conocen. En este grupo se incluyen las algas azul-verdosas y las bacterias.
Células eucariotas
• Las células eucariotas poseen un núcleo celular
delimitado por una membrana. Estas células forman parte de los tejidos de organismos multicelulares
como nosotros.Poseen múltiples orgánulos
Celula procariota
Célula eucariota.
En las células eucariotas se pueden distinguir las siguientes partes principales:
Célula animal Célula vegetal
Membrana celular . Pared celular. Citoplasma . Membrana celular .
Núcleo . Citoplasma . Orgánulos Núcleo.
CÉLULA EUCARIOTA
ANIMAL
CELULA EUCARIOTA
VEGETAL
MAMBRANA PLASMÁTICA.
• La célula está rodeada por una membrana,
denominada "membrana plasmática".
• La membrana delimita el territorio de la célula
MEMBRANA PLASMÁTICA
• La membrana plasmática representa el límite entre el
medio extracelular y el intracelular.
• En la composición química de la membrana entran
COMPOSICION QUIMICA DE
LA MEMBRANA
• En la composición
química de la
membrana entran a formar parte lípidos, proteínas y glúcidos en proporciones
aproximadas de 40%, 50% y 10%,
respectivamente.
MEMBRANA CELULAR
• Las células requieren nutrientes del exterior y
deben eliminar sustancias de desecho
procedentes del metabolismo y mantener su medio interno estable.
• La membrana presenta una permeabilidad
selectiva, ya que permite el paso de
DETERMINADAS pequeñas moléculas.
• Los mecanismos de transporte pueden verse
MECANISMOS DE
TRANSPORTE A TRAVES DE
MEMBRANA
MECANISMOS DE TRANSPORTE A TRAVES DE MEMBRANA.(moléculas pequeñas).
– 1 Y 2.Difusión simple :
– Es el paso de pequeñas
moléculas DE DONDE HAY MAS A DONDE HAY MENOS (POR TANTO NO HAY
GASTO ENERGÉTICO);
– Puede realizarse a
través de la bicapa lipídica o a través de canales proteícos.
MECANISMOS DE TRANSPORTE A TRAVES DE MEMBRANA.(moléculas pequeñas)
o Difusión facilitada(3):
o MOLÉCULAS que al no poder atravesar la bicapa lipídica, requieren que
proteínas
trasmembranosas
faciliten su paso.
o Estas proteínass reciben el nombre de proteínas transportadoras que, arrastra a dicha molécula hacia el interior de la
MECANISMOS DE TRANSPORTE A TRAVES DE MEMBRANA.(moléculas pequeñas)
El transporte activo (4).
En este proceso también actúan proteínas de membrana, pero éstas requieren
energía, para transportar las moléculas al otro lado de la membrana.
Se produce cuando el transporte se realiza de donde hay
menos a donde hay mas. Son ejemplos de transporte
activo la bomba de Na/K, y la bomba de Ca.
Tranporte de moléculas de gran
tamaño.
• Endocitosis: Es el
proceso por el que la célula capta
partículas del medio externo mediante
una invaginación de la membrana en la que se engloba la partícula a ingerir.
Tranporte de moléculas de gran
tamaño.
• Exocitosis. Es el mecanismo por el cual las
macromoléculas contenidas en vesículas citoplasmáticas son transportadas desde el
interior celular hasta la membrana plasmática, para ser vertidas al medio extracelular .
Núcleo celular.
• El núcleo es el centro de
control de la célula, pues contiene toda la información sobre su funcionamiento y el de todos los organismos a los que ésta pertenece.
• Está rodeado por una
membrana nuclear que es porosa por donde se
comunica con el citoplasma, generalmente está situado en la parte central y presenta forma esférica u oval.
• En el interior se encuentran
los cromosomas.
Citoplasma.
•
El citoplasma es un
medio
acuoso
, de
apariencia viscosa, en donde están
disueltas muchas sustancias
alimenticias.
•
En este medio encontramos pequeñas
estructuras que se comportan como
órganos de la célula, y que se llaman
orgánulos
.
ORGÁNULOS DE SINTESIS
ALMACENAMIENTO Y
TRANSPORTE.
Los ribosomas, que realizan la síntesis de sustancias llamadas proteínas, según ordenes del núcleo. Se encuentran libres en el
citoplasma o adosados a la pared del retículo endoplasmático.
ORGÁNULOS DE SINTESIS
ALMACENAMIENTO Y
TRANSPORTE.
• Retículo endoplasmático: Consiste en un
conjunto de sacos membranosos que forman cavidades comunicados entre si .
• Existen dos tipos:
1.-RE.rugoso: que presenta ribosomas adosados.
2.-RE liso que carece de ellos.
Se encarga del almacenamiento y transporte de sustancias por el citoplasma celular.
Aparato de Golgi
• Está formado por sacos
membranosos
aplanados y apilados , no comunicados entre si y rodeados por
pequeñas vesículas.
• Se encargan del
empaquetamiento y
transporte de proteinas y otras sustancias que
deben ser exportadas al exterior celular.
Vacuolas.
• Son estructuras
parecidas a bolsas rodeadas por una membrana .En las células animales son pequeñas y numerosas .
• En células vegetales hay
pocas , a veces una
única vacuola y de gran tamaño .Sirven para
almacenar agua
Lisosomas.
• Son pequeñas
vesículas rodeadas por membrana y que contienen enzimas digestivos.
• Su función es digerir
los alimentos que llegan a la célula.
Orgánulos de transformación de
energía.
•
MITOCONDRIAS. Células animales y
vegetales
•
CLOROPLASTOS. Solo en células
Mitocondrias
• Las mitocondrias son los
orgánulos celulares encargados de
suministrar la mayor parte de la energía necesaria para la actividad celular,
• Actúan por tanto, como
centrales energéticas de
Mitocondrias
• La energía se obtiene a partir del proceso
denominado RESPIRACIÓN CELULAR que consiste en la siguiente transformación:
Cloroplastos.
• Orgánulos exclusivos de
células vegetales.
• Tiene forma redondeada
y su tamaño varia de unas células a otras.
• Poseen una membrana
externa y otra interna que forma sacos
apilados denominados grana.
Cloroplastos.
•
Los cloroplastos son orgánulos
exclusivos de las células vegetales. En
ellos tiene lugar la fotosíntesis , proceso
en el que se transforma la energía
lumínica en
energía química
.
•
La energía luminosa es captada por un
pigmento de color verde denominado
FOTOSINTESIS.
• Los seres vivos poseedores de clorofila y otros
pigmentos, captan energía luminosa
procedente del sol y la transforman en energía química
• CON ESA ENERGIA transforman el agua y el
CO2 en compuestos orgánicos (glucosa y otros), liberando oxígeno:
Características de la célula
vegetal.
Las células vegetales se caracterizan por
poseer:
•
Una gruesa pared formada por
celulosa.
•
Cloroplastos encargados de realizar la
fotosíntesis.
•
Una única vacuola que ocupa gran
Estructuras de soporte y
locomoción.
CITOESQUELETO:
Conjunto de filamentos que sirven de
soporte a los orgánulos y da forma a la
célula.
Permite el desplazamiento de orgánulos
por el citoplasma.
Estructuras de soporte y
locomoción.
• Cilios y flagelos:
• Los cilios y los flagelos son unas
proyecciones largas y finas de la superficie celular que se encuentran en muchísimas células eucariotas.
• Son prácticamente idénticas, excepto en su
longitud.
• Los cilios son cortos y se encuentran en abundancia
Niveles de organización
celular.
CELULA
TEJIDO : Asociación de células identicas.
ÓRGANO : Asociación de tejidos que realizan una función común
SISTEMAS O APARATOS: Asociación de órganos con una función general
Reproducción celular.Mitosis.
• La mitosis es el proceso
de división celular por el cual se conserva la
información genética contenida en sus
cromosomas, que pasa
de esta manera a las sucesivas células a que la mitosis va a dar
origen.
Membrana Plasmática
La membrana plasmática define la extensión de la célula y mantiene las
diferencias esenciales entre el contenido de ésta y su entorno.
• No es una barrera pasiva
• Es un filtro altamente selectivo que mantiene la desigual
concentración de iones y moléculas orgánicas a ambos lados de ella.
• Permite que los nutrientes penetren y los productos residuales
Membrana Plasmática
Es una bicapa lipídica que incluye proteínas
La bicapa lipídica constituye la estructura básica de la membrana y actúa de barrera relativamente impermeable al flujo de la mayoría de las moléculas hidrosolubles.
El modelo de mosaico fluido es, en biología, un modelo de la estructura de la membrana plasmática propuesto en 1972 por S. J. Singer y G.
Nicolson gracias a los avances en microscopía electrónica y al desarrollo de técnicas de criofractura.
Según el modelo del mosaico fluído, las proteínas (integrales o periféricas) serían como "icebergs" que navegarían en un mar de lípidos (fluído lipídico).
Componentes básicos de las membranas
Lípidos
• Las moléculas lipídicas son insolubles en agua, pero se disuelven fácilmente
en solventes orgánicos.
• Constituyen aproximadamente un 50% de la masa de la mayoría de membranas
plasmáticas de las células animales.
Proteínas
Median las funciones de la membrana.
• Transporte
• Reacciones enzimáticas
• Eslabones estructurales entre el citoesqueleto y la matriz extracelular
• Receptores
Glúcidos: Glicolípidos y Glicoproteínas
En la membrana plasmática de todas las células eucariontes,
muchas proteínas y algunos lípidos de la superficie celular tienen cadenas de polisacáridos y oligosacáridos unidas
Estructura general de los fosfolípidos:
O P O O
-O CH2 CH CH2 Grupo Hidrofílico (polar) Colas Hidrofóbicas (no polar)
Doble enlace cis
O P O O
-O CH2 CH CH2 Cadenas hidrocarbonadas Saturadas rectas Cadenas hidrocarbonadas Insaturadas con dobles enlaces cis
Componentes bioquímicos de las membranas 1. Lípidos
A. Fosfolípidos
Grupo de cabeza polar
Existen 3 tipos principales de lípidos en las membranas celulares
Componentes bioquímicos de las membranas 1. Lípidos
A. Fosfolípidos
Los principales fosfolípidos de la membrana de eritrocitos humanos:
• Fosfatidiletanolamina • Fosfatidilserina
• Fosfatidilcolina • Esfingomielina
La bicapa lipídiaca de la membrana plasmática es asimétrica
Fosfatidiletanolamina Fosfatidilserina
Fosfatidilcolina Espacio Extracelular Esfingomielina
Componentes bioquímicos de las membranas
1. Lípidos:
B. Glucolípidos
• Lípidos que contienen oligosacáridos
• Se encuentran únicamente en la mitad exterior de la bicapa
• Suelen constituir el 5% de las moléculas lipídicas de la monocapa exterior.
Espacio Extracelular
Componentes bioquímicos de las membranas 1. Lípidos: C. Colesterol Cabeza polar Estructura rígida del anillo esteroide Cola hidrocarbonada
no polar Posición del
colesterol en la bicapa Cabeza polar Región rígida de colesterol Región más fluída
¿De qué depende la fluidez de la membrana?
La fluidez de las bicapas lipídicas depende de (i) su composición lipídica y (ii) de la temperatura
(i) Temperatura
La presencia de colesterol disminuye la fluidez haciendo que las cadenas hidrocarbonadas de los fosfolípidos se junten, compacten y cristalicen (mayor rigidez).
(ii) Composición Lipídica
Los dobles enlaces cis de las cadenas hidrocarbonadas insaturadas aumentan la fluidez de la bicapa fosfolipídica, al hacer que el empaquetamiento de las cadenas sea más difícil. La mayor longitud de las cadenas hidrocarbonadas disminuyen la fluidez de membrana.
Viscoso Líquido
Líquido Viscoso
Calor
2. Proteínas y glicoproteínas
La cantidad y el tipo de proteínas de una membrana reflejan su función.
Aunque la estructura básica de las membranas biológicas está determinada por la bicapa lipídica, la mayor parte de sus
funciones están desempeñadas por proteínas. Componentes básicos de las membranas
Metodológicamente se definieron dos clases de proteínas de membrana: 1) Periféricas: Se disocian de la MP con tratamientos con agentes polares
(no destruyen la MP) porque están unidas a la bicapa lipídica mediante uniones débiles.
2) Integrales: Se disocian de la MP mediante tratamientos que rompen la bicapa
fosfolipídica porque están unidas a esta por uniones fuertes hidrofóbicas o covalentes. Incluye proteínas de transmembrana y proteínas unidas a una de las dos capas
Proteínas de transmembrana Proteínas unidas por uniones covalentes
Solubización con detergentes de proteínas integrales de membrana
Componentes bioquímicos de las membranas
3. Glúcidos: Glicolípidos Glicoproteínas
En la membrana plasmática de todas las células eucariontes, muchas proteínas y algunos lípidos de la superficie celular tienen cadenas de polisacáridos y oligosacáridos unidas covalentemente a ellas.
Glucocálix:
Describe la zona periférica, rica en carbohidratos de la superficie de la mayoría de las células eucariotas.
Está formado por las cadenas laterales de oligosacáridos de las
glucoproteínas y de los glucolípidos unidos a la membrana, aunque también puede corresponder a glucoproteínas y glucolípidos secretados y luego
Lipid raft o balzas lipídicas
• Lipid rafts son ensamblados dinámicos de colesterol,
esfingolípidos y proteínas de membrana dispersas dentro de la membrana plamática.
• Los rafts son plataformas especializadas en transducción de señales, endocitosis y segregación de proteínas.
• Caveolae es un tipo especializado de lipid raft que contiene a
la proteína caveolina y que se caracteriza por invaginaciones morfológicamente definidas de la superficie celular.
• Proteínas enriquecidas en lípid rafts:
1. Proteínas ancladas a la cara externa de la membrana plasmática (MP) a través de un glicosilfosfatidil-inositol (ancladas a GPI).
2. Enzimas y proteínas adaptadoras doblemente aciladas
(Ej: FRS2, Src-Kinasa, etc) y unidas a la cara interna de la MP.
3. Proteínas transmembrana. Lipid raft MP IN OUT Caveola MP IN OUT
+ Resistentes al tratamiento en frío con detergentes no iónicos (Tritón X-100)
Lipid Raft
Lipid Raft
Sphingolipid Cholesterol GangliosidePhosphatidyl
choline
Phosphatidyl
ethanolamine phospholipidsSaturated Phosphatidylinositol Unsaturatedphospholipids
GPI-linked protein Src-family kinase Citosol MP Medio Extracelular Lipid Rafts Src-family kinase GPI-linked protein
Permeabilidad a través de la membrana
Permeabilidad relativa de una bicapa lipídica frente a diferentes clases de moléculas.
*Los gases y las moléculas hidrofóbicas difunden rápidamente a través de las bicapas.
* Las moléculas pequeñas no polares se disuelven fácilmente en las bicapas lipídicas y por lo tanto difunden con rapidez a través de ellas.
* Las moléculas polares sin carga si su tamaño es suficientemente reducido también difunden rápidamente a través de la bicapa.
Gases: CO2 O2 Moléculas Hidrofobicas, Ej: Benceno Pequeñas moléculas polares, ej: H2O
Etanol Moléculas Polares Grandes, ej: Glucosa Moléculas Cargadas, Ej: iones Citosol Espacio extracelular
Las moléculas que atraviesan la bicapa lipídica a favor de su gradiente de concentración, atraviesan la membrana por difusión simple
Transporte de moléculas a través de la membrana
Uniporte Simporte Antiporte
Uniporte
Co-transporte
Simporte: En el mismo sentido Antiporte: En
sentido opuesto
Transporte a través de proteínas
Las moléculas que no atraviesan la mebrana por difusión simple, pueden hacerlo mediante proteínas de transmembrana mediante un proceso de
difusión facilitada. Cada una de estas proteínas es responsable de la De una molécula o de un grupo de ellas.
Transporte de moléculas a través de la membrana
Transportadores (Carrier proteins): Se unen específicamente a la molécula
que debe ser transportada y a través de una serie de cambios conformacionales
la transfieren a través de la membrana.
Canales (Channel proteins): No necesitan unirse a la molécula que debe ser transportada. Forman poros a lo largo de la bicapa lipídica que cuando están abiertos permiten el pasaje de solutos específicos,
usualmente iones inorgánicos de tamaño y carga apropiada,. En gral este tipo de transporte es más rápido que el mediado por las proteínas Transportadoras o Carrier proteins.
Proteínas de transporte
Transportadores (Carrier proteins)
Transporte Pasivo
-Si la molécula transportada carece de carga, sólo su diferencia de concentración a los dos lados de la membrana (gradiente de
concentración) determina la dirección del transporte pasivo (energéticamente favorable).
-Si el soluto lleva una carga neta, su transporte está determinado tanto por su gradiente de concentración como por el gradiente eléctrico total a través de la membrana (potencial de membrana). Ambos gradientes
juntos constituyen el gradiente electroquímico (energéticamente favorable).
El transporte llevado a cabo por los Transportadores o Carrier proteins puede ser
activo o pasivo.
Transporte Activo
A diferencia del transporte pasivo que se produce de manera espontánea por ser
energéticamente favorable
El transporte activo está acoplado a una fuente de energía porque es energéticamente
desfavorable por producirse en contra del gradiente de concrentración o electroquímico.
1) Transporte Activo dirigido por hidrólisis de ATP
Las bombas y los transportadores ABC (con ATP-binding cassettes) son ejemplos de
proteínas transportadoras que impulsan activamente el movimiento de solutos en contra
de su gradiente de concentración o electroquímico mediante la hidrólisis de ATP.
Ej: Transporte activo de H+, Bomba de H+
Bomba de H+ en Lisosomas. Utiliza la energía de hidrólisis
del ATP para bombear H+ hacia el interior del lisosoma,
manteniendo así el pH lisosomal cercano a 5.
pH: 5.0 Hidrolasas Acidas Nucleasas Proteasas Glycosidasas Lipasas Fosfatasas Sulfatasas, etc H+ pH: 7.2 ATP ADP
Transporte Activo
