• Sesión 03
Capítulos 05 y 06
Una capa de lípidos
fluido
fluido
Modelo del Mosaico Fluido
Proteínas de Membrana
• Las funciones de la membrana celular se inician con las diversas proteínas asociadas a la bicapa de lípidos
• Cada tipo de proteína en una membrana tiene una función especial
• Proteínas de Adhesión
• Proteínas de Reconocimiento
• Proteínas Receptoras
• Enzimas
Proteína de adhesión
Enzima Proteína
receptora Proteína de reconocimiento Transportador Pasivo
Transportador Activo
Transporte de solutos a través de la membrana
• Para entender cómo se realiza el metabolismo en las células, hay que entender cómo se
comportan las soluciones.
• La cantidad de soluto disuelta en una cantidad dada de líquido es la concentración del
soluto.
• Una diferencia de concentración de soluto entre regiones adyacentes de solución se denomina gradiente de concentración.
Proceso de Difusión
• Difusión
• Movimiento neto de moléculas o iones de una
región donde son más concentrados a una región de
menor
Difusión a través de las Membranas
• Tonicidad se refiere a la concentración total
de solutos en dos fluidos separados por una membrana selectivamente permeable
• Cuando la concentración de soluto de dos fluidos difiere, la que tiene menor
concentración de solutos es hipotónica y la que tiene mayor concentración es
hipertónica
• Dos fluidos con idénticas concentraciones de soluto son isotónicos
Ósmosis
• En ósmosis, el agua se difunde a través de
una membrana selectivamente permeable, de una región de baja concentración (hipotónica)
hacia una región con mayor concentración
(hipertónica)
• No hay movimiento neto de agua entre soluciones isotónicas
• Se dá también por difusión facilitada por
acuaporinas (proteínas de membrana, unas 13 en mamíferos, muy abundantes en células de riñón)
Membrana selectivamente permeable
2%
sacarosa
10% sacarosa
2% sacarosa agua
Glóbulos rojos en una solución isotónica no cambian de volúmen. La porción fluida de la sangre es isotónica en relación con el citoplasma.
Glóbulos rojos en una solución hipertónica se comprimen porque el agua se difunde fuera de las células
Glóbulos rojos en una solución hipotónica se hinchan porque el
agua penetra al interior de la célula.
Transporte Pasivo
• Proteínas de transporte pasivo funcionan sin necesidad de energía. El movimiento de
solutos se lleva a cabo por grandientes de concentración
• Transporte pasivo
• El grandiente de concentración dirige el
movimiento de un soluto a través de la membrana celular, mediante una proteína de transporte
• No requiere entrada de energía. • Ejemplo: transporte de glucosa
Transporte Pasivo
1. Glucosa se une a un transportador 2. La proteína de transporte cambia su forma 3. Glucosa se separa de la proteína y ella recupera su forma originalCitoplasma
calcio
A
Transporte Activo: Bomba de Calcio
(B) Energía (grupofosfato) se transfiere del ATP a la proteína
La transferencia hace que la proteína cambie su forma y expulse los iones calcio hacia el lado opuesto de la membrana
Transporte Activo: Bomba de Calcio
(C) Luego de que
pierde los iones
calcio, la proteína de transporte recupera su forma original
Co-transporte
• Co-transportadores son proteínas de
transporte activo que mueven dos
sustancias al mismo tiempo, en la misma
dirección o en dirección opuesta a través
de la membrana
Citoplasma Fluido
Extracelular
• Sesión 03:
Las leyes de la termodinámica
Hay dos tipos de energía:
• La energía cinética es la energía de movimiento.
por ejemplo, la luz, el calor, la electricidad, y el movimiento de objetos grandes.
• La energía potencial es energía almacenada.
por ejemplo, la energía química en los enlaces, en una batería, o en una roca en lo alto de una colina.
De energía potencial a energía cinética
Al posarse en la parte superior de un témpano de hielo, el cuerpo del pingüino tiene energía potencial porque el hielo está mucho más arriba que el mar. Cuando se lanza al agua, la energía potencial se convierte en la energía cinética del movimiento del cuerpo del pingüino. Por último, parte de esa energía cinética se transfiere al agua, la cual
Primera ley de la termodinámica
• La cantidad total de energía en el
universo es constante
• La energía puede transformarse de un
tipo a otro, pero no puede ser creada o
destruida
Segunda ley de la termodinámica
Entropía es una medida de cómo se dispersa la energía en un sistema
• Mide los niveles de desorden en un sistema • Todos los sistemas vivos pueden evitar llegar
a un nivel de entropía máxima, ya que se renuevan con la energía solar
Las conversiones de energía dan como resultado una pérdida de energía útil
Consumidores animales, mayoría de hongos, muchos protistas, bacterias reciclado de nutrientes Productores Plantas y otros organismos autotróficos Energía del sol
Flujo de Energía
La energía fluye del ambiente a los seres vivos y regresa al ambiente Los materiales circulan entre productores y consumidores¿Cómo fluye la energía en las reacciones químicas?
La naturaleza de las reacciones químicas: • Las reacciones exergónicas liberan
energía
• Las reacciones endergónicas requieren un aporte neto de energía.
• Las reacciones acopladas enlazan
ATP – La moneda energética de la célula
• ATP es la moneda energética de la célula
• ATP (Adenosina trifosfato)
• Nucleótido con tres grupos fosfato ligados por puentes altamente energéticos
• Es un transportador de energía que acopla las reacciones endergónicas con las
Fosforilación
• Cuando se transfiere un grupo fosfato del ATP a otra molécula, se transfiere energía junto
con él. Este aporte de energía es el necesario para que se realice una reacción
endergónica
• Las transferencias de grupos fosfato se
conocen como fosforilaciones, y acoplan
Estructura del ATP.
ribosa
adenina
Tres grupos fosfato
Después de que el ATP pierde un grupo fosfato, el nucleótido es ADP (adenosin difosfato); después de perder dos grupos fosfato, es AMP (adenosin monofosfato)
ribosa
adenina AMP
ATP ADP
Salida de energía ADP + fosfato
Entrada de Energía
El ATP se forma por reacciones endergónicas. El ADP se forma cuando la energía del ATP se
transfiere a otra molécula junto con el grupo fosfato. Esta es la energía que hace posible el trabajo celular.
Energía que entra y sale
• En la mayoría de reacciones, la energía libre de los reactivos difiere de la energía libre de los productos
• Las reacciones en las cuales los reactivos
tienen menos energía libre que los productos se conocen como endergónicas – No se
llevan a cabo sin una entrada neta de energía • Las reacciones en las cuales los reactivos
tienen mayor energía libre que los productos se conocen como exergónicas– ellas
Reacciones endergónicas
• Las reacciones endergónicas requieren un aporte neto de energía.
• En las reacciones endergónicas, los productos contienen más energía que los reactivos.
• Ejemplo de reacción endergónica: la fotosíntesis.
Descomposición de ATP: se libera energía
La energía que se libera cuando el ATP se descompone en ADP + fosfato se transfiere a reacciones endergónicas por medio de reacciones acopladas.
Las reacciones endergónicas dirigen las reacciones exergónicas: En una reacción acoplada, una reacción exergónica proporciona la energía necesaria para que se efectúe una reacción endergónica.
Reacciones acopladas dentro de células vivientes. Reacciones exergónicas (como el metabolismo de la glucosa) impulsan la reacción endergónica que sintetiza ATP a partir de ADP. La molécula de ATP lleva su energía química a una parte de la célula donde la energía de descomposición de ATP es necesaria para impulsar una reacción endergónica fundamental (como la síntesis de proteínas). El ADP y el fosfato se reciclan a las reacciones exergónicas, y se convertirán de nuevo en ATP. La reacción total es exergónica o “cuesta abajo”: la reacción exergónica produce más energía que la necesaria para impulsar la reacción endergónica.
• La energía se puede transferir a
electrones en el metabolismo de la
glucosa y la fotosíntesis.
• Los portadores de electrones
transportan electrones de alta energía.
Dos de los portadores de electrones más comunes: Dinucleótido de nicotinamida y adenina (NAD+).
Dinucleótido de flavina y adenina (FAD).
Portadores de electrones
Reacciones Redox
• Reacciones de Oxido-Reducción
(reacciones acopladas)
• Una molécula que dona electrones se “oxida”
• Una molécula que acepta electrones se “reduce”
• Las Coenzimas pueden aceptar moléculas en reacciones Redox (También llamadas de transferencia de electrones)
Síntesis de ATP
• Las coenzimas aportan electrones a la
cadena de transferencia de electrones para la síntesis de ATP
• Cadena de Transferencia de Electrones
Una serie organizada de pasos de
reacciones, en las cuales, arreglos de enzimas enlazadas con la membrana y otras moléculas ceden y aceptan electrones mutuamente.
CO2
glucosa e–
1 Entrada de energía rompe la glucosa en CO2, electrones y iones de hidrógeno (H+).
oxígeno H+ 2 energía cuando se mueven a Electrones pierden través de la cadena de
transferencia
3 La energía liberada por los electrones sirve para trabajo celular
e–
4 Electrones, protones, y oxígeno se combinan para formar agua
Agua
La reacción se da por etapas, controladas en una cadena de transferencia de electrones. La energía se libera en cantidades que las células pueden utilizar para el funcionamiento celular, tal como para contracción muscular o transporte activo
Combustión de glucosa
La glucosa no se puede usar directamente para impulsar reacciones que requieren
energía (por ejemplo, la contracción de los músculos).
• El metabolismo de una célula es el
total de sus reacciones químicas.
• Muchas de estas reacciones se
encadenan en sucesiones llamadas
vías metabólicas.
Perspectiva simplificada de las vías metabólicas
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.
• La bioquímica de las células está bien afinada en tres sentidos:
1. Las reacciones endergónicas acoplan reacciones exergónicas.
2. Las moléculas portadoras de energía captan energía y la transportan a
reacciones endergónicas y exergónicas. 3. Las reacciones químicas están
reguladas por proteínas llamadas
enzimas.
Cómo funcionan las enzimas?
• Las enzimas permiten que determinadas
reacciones ocurran mucho más rápido de lo que se realizarían por sí solas
catálisis
• Aceleración de una velocidad de reacción por una molécula que no se modifica al participar en una reacción
• La mayoría de enzimas son proteínas, pero algunas son ARN’s
Sustratos
• Cada enzima reconoce a reactivos
específicos o sustratos, y los altera de cierto modo
• sustrato
• Una molécula sobre la cual actúa una enzima de manera específica
Sitios Activos
• La especificidad de las enzimas se debe a que las cadenas de polipéptidos de las
enzimas se repliegan formando uno o más
sitios activos
• Un sitio activo es complementario en su forma,
tamaño, polaridad y carga al sustrato de la enzima • Sitio activo
• Región de una enzima similar a una bolsa, en la
Sitio activo
enzima
reactivo(s)
B glucosa y fosfato se unen dentro de la enzima en el sitio activo.
producto(s)
C la glucosa se unió
con el fosfato. El producto de esta
reacción, la glucosa-6-fosfato está saliendo del sitio activo.
Reactivos
Productos Estado deTransición
Inhibición competitiva: drogas y venenos
• Las drogas y los venenos a menudo inhiben a las enzimas al competir con el sustrato
normal por el sitio activo de la enzima. • Este proceso se denomina inhibición
competitiva.
• Algunos inhibidores se unen de forma permanente a las enzimas.
Inhibición competitiva. Al competir con el sustrato normal, una droga o un veneno
Temperatura A cti vi d ad En zi m áti ca Tirosinasa sensible a la temperatura Tirosinasa normal 40°C (104°F) 30°C (86°F) 20°C (68°F)
Enzimas y Temperatura
La tirosinasa participa en la producción de la melanina. La forma de esta enzima en los gatos siameses no es activa sobre los 30 C
• La enzima tirosinasa participa en la
producción de melanina, pigmento negro en las células de la piel. Normalmente la
actividad de la tirosinasa aumenta con la temperatura entre 20 y 40 C.
• La mutación del gato siamés, inactiva la
enzima en las partes más cálidas del cuerpo del gato, el cual presenta menos melanina en esos sitios y por lo tanto piel más clara
pH tripsina Glucógeno fosforilasa pepsina 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Enzimas y pH
A cti vi d ad En zi m áti caEl pH afecta de manera diferente a tres enzimas. La pepsina en planta carnívora (en hábitats pobres en
Nitrógeno y forma una copa de ácidos en hoja modificada) funciona mejor a bajo pH.
Plantas carnívoras (Nepenthes sp.) crecen en hábitats pobres en nitrógeno. Secretan enzimas que digieren proteínas en una hoja modificada en forma de copa, y liberan nitrógeno de
presas pequeñas (insectos) que son atraídos por el olor del líquido y se ahogan en él.
Sitio Alostérico
(Alo – otro, sterico-estructura)•
Es una región de la enzima distinta del
sitio activo que puede enlazarse con
moléculas regulatorias
•
El enlace con un regulador alostérico
altera la forma de la enzima de manera
que aumenta o inhibe su funcionamiento
enzima 2 enzime 3 enzima 4 enzima 5
enzima 1
El exceso de moléculas del producto final se une a las moléculas de una enzima que cataliza el primer paso de la ruta metabólica . Mayor el exceso, más moléculas
enzimáticas se inhiben, y se sintetizará menos producto.
Producto final sustrato
A- forma inactiva Sitio activo
moléculas regulatorias Sustrato en sitio activo B- forma activa
