BIOSÍNTESIS DE ÁCIDOS NUCLÉICOS

Son compuestos orgánicos de elevado peso molecular, formados por carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y fósforo. Cumplen la importante función de sintetizar las proteínas específicas de las células y de almacenar, duplicar y transmitir los caracteres hereditarios. Los ácidos nucleicos, representados por el ADN (ácido desoxirribonucleico) y por el ARN (ácido ribonucleico), son macromoléculas formadas por la unión de moléculas más pequeñas llamadas nucleótidos.

 

Nucleótidos

 Son moléculas compuestas por grupos fosfato, un monosacárido de cinco carbonos (pentosa) y una base nitrogenada. Además de constituir los ácidos nucleicos forman parte de coenzimas y de moléculas que contienen energía. Los nucleótidos tienen importantes funciones, entre ellas el transporte de átomos en la cadena respiratoria mitocondrial, intervenir en el proceso de fotosíntesis, transporte de energía principalmente en forma de adenosin trifosfato (ATP) y transmisión de los caracteres hereditarios.

 



 

Estructura de los ácidos nucleicos
Los ácidos nucleicos son biopolímeros formados a partir de unidades llamadas monómeros, que son los nucleótidos. Durante los años 20, el bioquímico P.A. Levene analizó los componentes del ADN. Encontró que los nucleótidos se forman a partir de la unión de:

a) Un azúcar de tipo pentosa (cinco átomos de carbono). Puede ser D-ribosa en el ARN, o D-2- desoxirribosa, en el ADN.

b) Una base nitrogenada. Son compuestos orgánicos cíclicos, que incluyen dos o más átomos de nitrógeno y son la parte fundamental de los ácidos nucleicos. Biológicamente existen cinco bases nitrogenadas principales, que se clasifican en dos grupos:
Las Bases Purínicas, derivadas de la estructura de las Purinas (con dos anillos): la Guanina (G) y la Adenina (A). Ambas bases se encuentran tanto en el ADN como el ARN.
Las Bases Pirimidínicas, derivadas de la estructura de las Pirimidinas (con un anillo): la Timina (T), Citosina (C) y Uracilo (U). La timina sólo se encuentra en la molécula de ADN, el uracilo sólo en la de ARN y la citosina, en ambos tipos de macromoléculas.

 c) Ácido fosfórico, que en la cadena de ácido nucleico une dos pentosas a través de una unión fosfodiester.

Cada nucleótido del ADN tiene la siguiente estructura:

Los nucleótidos se enlazan para formar polímeros: los ácidos nucleicos o polinucleótidos.

 

Complementaridad de las bases
En la estructura de los ácidos nucleicos, las bases nitrogenadas son complementarias entre sí. La adenina y la timina son complementarias (A-T), al igual que la guanina y la citosina (G-C). Dado que en el ARN no existe timina, la complementariedad se establece entre adenina y uracilo (A-U). La complementariedad de las bases es la clave de la estructura del ADN y tiene importantes implicaciones, pues permite procesos como la replicación del ADN y la traducción del ARN en proteínas.

En las hebras enfrentadas A se une con T mediante dos puentes hidrógeno, mientras que G se une con C mediante tres. Entonces, la adhesión de las dos hebras de ácido nucleico se debe a este tipo especial de unión química conocido como puente de hidrogeno.

 

 

Las distintas estructuras del ADN

Se pueden definir distintas estructuras que adopta el ADN: primaria, secundaria y terciaria, haciendo una analogía con las estructuras de las proteínas.

Estructura primaria: La estructura primaria del ADN está determinada por la secuencia en que se encuentran ordenadas las cuatro bases sobre la "columna" formada por los nucleósidos: azúcar + fosfato. Este orden es lo que se transmite de generación en generación (herencia).
Estructura secundaria: corresponde al modelo postulado por Watson y Crick: la doble hélice. Las dos hebras de ADN se mantienen unidas por los puentes hidrógenos entre las bases. Los pares de bases están formados siempre por una purina y una pirimidina, que adoptan una disposición helicoidal en el núcleo central de la molécula. En cada extremo de una doble hélice lineal de ADN, el extremo 3'-OH de una de las hebras es adyacente al extremo 5'-P (fosfato) de la otra. En otras palabras, las dos hebras son antiparalelas es decir, tienen una orientación diferente.

Esta estructura secundaria, puede desarmarse por un proceso llamado desnaturalización del ADN. Cuando la temperatura alcanza el punto de fusión del ADN, se separan las dos hebras y se produce su desnaturalización. En este proceso se rompen los puentes de hidrógeno que unen las cadenas y se produce la separación de las mismas, pero no se rompen los enlaces fosfodiester covalentes que forman la secuencia de la cadena. Este es un proceso reversible, ya que al bajar la temperatura se puede producir una renaturalización. Cuando una molécula de ADN posee un gran contenido de bases nitrogenadas de tipo C y G (las cuales están unidas por tres puentes de Hidrógeno), las condiciones para la desnaturalización de esa molécula deberán ser más enérgicas, por lo tanto tendrán un punto de fusión mayor.

Estructura terciaria: es la forma en que se organiza la doble hélice. En Procariotas, así como en las mitocondrias y cloroplastos eucariotas el ADN se presenta como una doble cadena (de cerca de 1 mm de longitud), circular y cerrada, que toma el nombre de cromosoma bacteriano. El cromosoma bacteriano se encuentra altamente condensado y ordenado (superenrollado). En los virus, el ADN puede presentarse como una doble hélice cerrada, como una doble hélice abierta o simplemente como una única hebra lineal.
En los Eucariotas el ADN se encuentra localizado en el núcleo, apareciendo superenrollado y asociado con proteínas llamadas histonas. Durante la mitosis, en las células eucariotas la cromatina se enrolla formando cromosomas, que son complejas asociaciones de ADN y proteínas.

 

Funciones del ADN
-Almacenamiento de la información genética
-Replicación de su propia molécula
-Síntesis de ARN (transcripción)
-Transferencia de la información genética

 

Replicación.
La replicación o duplicación de la molécula de ADN se produce en la interfase de la división celular (mitosis), más precisamente en la fase S, con el objetivo de conservar la información genética. Los puentes de hidrógeno que unen las dos hileras de polinucleótidos se rompen, con lo cual ambas cadenas se separan, sirviendo cada una de molde para fabricar una nueva hilera complementaria. La enzima ADN polimerasa se encarga de agregar nucleótidos fabricados por la célula que están esparcidos en el núcleo. Dicha enzima los va añadiendo a cada hilera separada conforme con la secuencia adenosina-timina y citosina-guanina (A-T y C-G). Al terminar la duplicación se obtienen dos moléculas idénticas de ADN de forma helicoidal, cada una con una hilera original y otra hilera neoformada. El núcleo tiene ahora el doble del ADN y de proteínas que al principio. De esta manera, la información genética de la célula madre será transmitida a las células hijas al producirse la mitosis.

 

Ácido Ribonucléico (ARN)
A diferencia del ADN que posee desoxirribosa y timina, el ARN está formado por ribosa como monosacárido y uracilo como una de las bases nitrogenadas. El ARN forma una sola cadena de polinucleótidos dispuesta en manera lineal. Está presente en el citoplasma de las células procariotas y eucariotas.
La formación o síntesis de ARN se realiza a partir del ADN mediante la enzima ARN polimerasa, que copia una secuencia de nucleótidos (genes) de una hilera del ADN.
El ARN controla las etapas intermedias en la formación (síntesis) de proteínas.

Tipos de ARN: Existen cuatro tipos de ARN con distintas funciones. Ellos son:

 

 

Comparación entre el ADN y ARN

 

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La síntesis de proteínas

Las proteínas son macromoléculas que cumplen funciones variadas. Hay proteínas estructurales, otras son enzimas, otras transportan oxígeno como la hemoglobina, hay proteínas involucradas en la defensa inmunitaria, como los anticuerpos, otras cumplen funciones de hormonas como la insulina, etc.
Así como el ADN está compuesto a partir de nucleótidos, las proteínas están compuestas a partir de aminoácidos. Hay 20 aminoácidos diferentes, y cada proteína tiene una secuencia de aminoácidos particular.
El proceso de síntesis de proteínas consta básicamente de dos etapas: la transcripción y la traducción. La transcripción ocurre dentro del núcleo y la traducción en los ribosomas en el citoplasma. En la primera etapa, las "palabras" (genes) escritas en el ADN en el lenguaje de los nucleótidos se copian o transcriben a otra molécula, el ARN mensajero (ARNm). Luego, en la etapa siguiente, el ARNm se traduce al idioma de las proteínas, el de los aminoácidos. Este flujo de información se conoce como el "dogma central de la biología".

La transcripción
Durante la transcripción la enzima ARN polimerasa, copia la secuencia de una hebra del ADN y fabrica una molécula de ARN complementaria al fragmento de ADN transcripto. El proceso es similar a la replicación del ADN, pero la molécula nueva que se forma es de cadena simple y se denomina ARN. Se denomina ARN mensajero porque va a llevar la información del ADN hacia los ribosomas, las organelas encargadas de fabricar las proteínas. El ARN, o ácido ribonucleico, es similar al ADN aunque no igual.
La traducción y el código genético.
La molécula del ARN mensajero se traslada a los ribosomas donde ocurre la etapa de traducción. Durante esta etapa el ribosoma lee la secuencia de nucleótidos del ARN mensajero por tripletes o tríos de nucleótidos, denominados codones. A medida que el ribosoma lee la secuencia de codones va formando una proteína, a partir de la unión de aminoácidos. Según cuál es el codón que el ribosoma "lee" va colocando el aminoácido que corresponde. Si se considera la combinación de cuatro bases tomadas de a tres, existe un total de 64 codones posibles. Cada codón determina qué aminoácido se colocará en la proteína que se está fabricando. De los 64 codones, 61 corresponden a aminoácidos y 3 son codones de terminación (stop), responsables de la finalización de la síntesis proteica.
La siguiente tabla es el código genético o "diccionario" que permite traducir la información escrita en el lenguaje de los ácidos nucleicos (nucleótidos) al lenguaje de las proteínas (aminoácidos), y es universal, o sea, es válido para todos los seres vivos.

Así, la secuencia ATG (AUG en el ARNm) codifica para el aminoácido metionina, y el codón TTT (UUU en el ARNm) codifica para el aminoácido fenilalanina en todos los organismos vivos. Como sólo existen 20 aminoácidos en la naturaleza, varios codones pueden codificar para el mismo aminoácido (por ejemplo, al aminoácido glicina le corresponden los codones GGU, GGC, GGA y GGG).
Cada codón del ARNm es leído por otro ARN, llamado ARN de transferencia (ARNt), que actúa como un "adaptador" entre la información que lleva el ARNm y los aminoácidos que deben ir colocándose para formar la proteína correspondiente. El ARNt es muy pequeño comparado con los ARNm y tiene una secuencia, denominada anticodón que aparea (es decir, es complementaria) con el codón. Cada ARN de transferencia tiene un anticodón y "carga" un aminoácido en particular. Por ejemplo, el ARNt que tiene el anticodón UCA, se aparea al codón AGU, y carga el aminoácido serina (Ser). De la misma manera, el ARNt que carga tirosina (Tyr) se aparea, a través de su anticodón, con el codón UAC. Así se va formando una cadena polipeptídica (proteína) a medida que los anticodones de los ARNt reconocen sus respectivos codones en el ARNm. Este proceso de síntesis proteica ocurre en los ribosomas.

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FOTOSÍNTESIS

Es un proceso químico por el cual los vegetales verdes, ciertas algas y algunas bacterias captan la energía luminosa que procede del sol y la convierten en energía química. Las plantas poseen un pigmento de color verde llamado clorofila, que se encuentra en los cloroplastos de las células. Este pigmento tiene la capacidad de absorber la energía de la luz solar y cederla para la elaboración (síntesis) de hidratos de carbono como la glucosa, a partir de dos compuestos disponibles en el medio ambiente: agua y dióxido de carbono. Además, la fotosíntesis produce oxígeno que es liberado a la atmósfera, hecho de fundamental importancia para la vida ya que mantiene el vital elemento en el medio ambiente y permite cumplir el proceso respiratorio.
La fotosíntesis es la base de la vida actual, ya que de ella depende oxigenación del planeta y la alimentación de todos los seres vivos, es decir, los herbívoros en forma directa y los carnívoros y carroñeros en forma indirecta. La reacción química de la fotosíntesis es la siguiente:

Seis moléculas de agua más seis moléculas de dióxido de carbono, en presencia de luz solar y de clorofila, producen una molécula de glucosa y seis moléculas de oxígeno, este último desplazado hacia la atmósfera. A partir de la glucosa obtenida por fotosíntesis se forma almidón, celulosa y otros carbohidratos esenciales en la constitución de las plantas. Por medio de la fotosíntesis también se elaboran otras sustancias orgánicas como las proteínas y los lípidos que las células vegetales necesitan para poder vivir, crecer y reproducirse.

Estructura celular donde se realiza la fotosíntesis.

La fotosíntesis se lleva a cabo en los cloroplastos de las células vegetales. Dentro de los cloroplastos están los tilacoides, que son sacos o vesículas aplanadas inmersas en una solución llamada estroma. En la membrana de los tilacoides están los pigmentos fotosintéticos, como la clorofila, carotenos y xantinas. En su interior se realizan las reacciones de captación de la luz de la fotosíntesis. Pilas de tilacoides forman el grana de los cloroplastos.

Estructura interna de un cloroplasto

 

 

Etapas o fases de la fotosíntesis.

La fotosíntesis es un proceso que ocurre en dos fases, denominadas fase fotoquímica (lumínica) y fase bioquímica (de fijación del dióxido de carbono).

* Fase fotoquímica o luminosa
Se produce en los tilacoides del cloroplasto, donde la energía de la luz solar captada por la clorofila se almacena en dos moléculas: ATP (adenosín trifosfato) y NADPH (nicotinamida adenina dinucleótido fosfato). Estas dos moléculas son las encargadas de transformar el agua y el dióxido de carbono en compuestos orgánicos reducidos, como la glucosa, con liberación de oxígeno. Es en la fase lumínica donde se produce la descomposición del agua, liberándose electrones.
* Fase bioquímica o de oscuridad
Ocurre en el estroma del cloroplasto, donde el ATP y el NADPH son utilizados en la asimilación del CO2 atmosférico para la producción de sustancias, principalmente glucosa. El ATP es una molécula que almacena bastante energía. Pertenece al grupo de los nucleótidos, formado por una base nitrogenada (adenina), un monosacárido de cinco carbonos (ribosa) y un grupo fosfato con enlaces de alta energía. A través de un proceso catabólico, es decir, mediante la transformación de moléculas complejas en otras más sencillas, se libera la energía almacenada en los enlaces de fosfato.

 Mecanismo de fotosíntesis

 

1- Las hojas captan la energía lumínica del sol gracias a la clorofila, pigmento verde que está en los tilacoides de los cloroplastos de las células.
2- El dióxido de carbono de la atmósfera penetra por los estomas de las hojas.
3- Las raíces absorben agua y sales minerales (savia bruta) que llegan a las hojas a través del tallo.
4- El hidrógeno y el oxígeno del agua se combinan con el dióxido de carbono y originan glucosa y oxígeno. Este último se desprende hacia la atmósfera.
5- Las plantas aprovechan la glucosa como alimento y guardan una parte como reserva

                      



    

 

 

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http://www.curtisbiologia.com/node/96

Metabolismo de lípidos

Son un grupo de moléculas orgánicas en cuya composición química intervienen principalmente los elementos C, H y O y, en menor proporción S y P. La característica común de todos ellos es que son sustancias poco o nada solubles en agua, pero solubles en disolventes orgánicos(cloroformo, éter, benceno, xilol, etc.)

Es un grupo muy heterogéneo, ya que no tienen en común ni la estructura de sus moléculas ni la gran variedad de funciones que desempeñan.

Tanto en las plantas como los animales, los lípidos se almacenan en grandes cantidades como triacil gliceroles neutros altamente insolubles.

Los lípidos funcionan como aislantes importantes de órganos internos delicados. Así mismo, el tejido nervioso, la membrana plasmática y todas las membranas de las partículas subcelulares como mitocondrias, retículo endoplasmático y núcleo tiene lípidos complejos como componentes esenciales. Ellos pueden ser degradados rápidamente para satisfacer las demandas energéticas de la célula.

Funciones de los lípidos.

1. Función energética: son carburantes metabólicos y forman depósitos de reserva energética.

2. Función estructural: son constituyentes estructurales de las membranas biológicas.

3. Función vitamínica: vitaminas liposolubles A, D, E y K.

4. Función hormonal: hormonas esteroideas.

Clasificación de los lípidos según su estructura molecular:

1. Lípidos saponificables: son capaces de formar jabones al reaccionar con bases alcalinas (NaOH y KOH). Agrupa a losácidos grasos y a sus derivados,ya sea mediante la formación de enlaces éster con otras sustancias (triacilglicéridos,lípidos de membrana y ceras), o mediante otras modificaciones(eicosanoides).

2. Lípidos insaponificables:carecen de enlace éster, por loque no forman jabones tras la

hidrólisis alcalina. Derivan desucesivas condensaciones deunidades de isopreno (una

molécula de cinco átomos decarbono), por lo que también reciben el nombre de

isoprenoides y agrupa a los terpenos y a los esteroides.

 Lípidos saponificables

* Ácidos Grasos

Es un ácido orgánico formado por una larga cadena hidrocarbonada, generalmente lineal, que

puede considerarse derivada de la cadena alifática de un hidrocarburo, en la que el grupo metilo

terminal (-CH3) se ha oxidado a grupo ácido carboxílico (-COOH).

Son importantes carburantes metabólicos de la célula y pueden detectarse en estado libre

en el plasma sanguíneo y en el interior de las células, pero habitualmente se encuentran unidos

mediante enlaces éster a grupos alcohol de determinadas moléculas y formen parte de la

estructura molecular de las grasas, de los glicerolípidos y esfingolípidos de las membranas

biológicas y de las ceras. También se pueden encontrar esterificando al colesterol.

* Grasas. ( Triglicéridos)

Se trata de sustancias incoloras, inodoras e insípidas excepto cuando se enrancian que adquieren tonalidades más oscuras y amarillentas y modifican su olor y sabor. Son esteres de la glicerina con ácidos grasos (triglicéridos). En presencia de un alcali sufren el proceso de saponificación que consiste en la hidrólisis de la grasa formándose glicerol y liberándose los ácidos grasos que se unen al alcali formando una sal alcalina hidrosoluble (jabón). En el organismo la saponificación se produce merced a las lipasas segregadas por el páncreas.

Son sustancias hidrófobas, flotan en el agua, no son solubles en ella pero forman emulsiones como por ejemplo las que se encuentran en la leche.

Constituyen el principal componente de la fracción lipídica de los alimentos concentrados llegando hasta un 98%. Abundan en determinadas semillas (soja, girasol, algodón) y frutos (aceituna), aunque en líneas generales son escasas en el reino vegetal.

Figura : Estructura básica de los triglicéridos. Los radicales (R1, R2, y R3) consisten de una cadena carbonadas de longitud y saturación variable.

Los ácidos grasos que las integran tienen una gran importancia desde el punto de vista nutritivo. Suelen ser ácidos de cadena larga que tienen entre 4 y 24 átomos de carbono y un solo grupo carboxilo. Son frecuentes los que presentan entre 16 y 18 carbonos en su cadena. Las propiedades físicas y químicas de un determinado triglicérido dependen de los ácidos grasos que lo integran. En este sentido hay que resaltar que dentro de un mismo triglicérido puede presentarse un mismo ácido graso o distintos y en posiciones diferentes. Los que tienen menos de diez átomos de carbono son líquidos.

 Los triglicéridos en los que abundan los ácidos grasos insaturados tienen menor consistencia que los que presentan ácidos grasos con mayor grado de saturación.

Estas propiedades tienen una gran importancia dietética ya que muchos ácidos poliinsaturados se comportan como ácidos grasos esenciales. Los más frecuentes en las grasas son el palmítico, el esteárico y el oleico, este último presente un doble enlace en el centro de su cadena.

*Ceras.

Son lípidos sencillos compuestos por un ácido graso de cadena larga esterificado con un alcohol de alto peso molecular. Carecen de valor nutritivo puesto que no son digeridas por animales. Suelen constituir las cubiertas protectores de tejidos animales (lana, plumas) y vegetales.

* Fosfolípidos. Esteres del glicerol en el que dos grupos hidroxilo se esterifican con dos ácidos grasos de cadena larga y un grupo con ácido fosfórico. Presentan propiedades emulsionantes y realizan importantes funciones en el transporte de lípidos en la sangre. Los más abundantes en animales y vegetales son las lecitinas en las que el ácido fosfórico se encuentra también esterificado con la base nitrogenada colina.

* Glicolípidos. Los glicolípidos son una segunda clase de lípidos que se encuentran principalmente en los forrajes (gramíneas y leguminosas). Tienen una estructura parecida a los triglicéridos con la excepción que uno de los tres ácidos grasos ha sido sustituido por un azúcar (usualmente galactosa). Cuando uno de los ácidos grasos se sustituye por un fosfato ligado a otra estructura compleja, el lípido se llama fosfolípido. Los fosfolípidos son componentes menores en los alimentos, encontrados principalmente en las bacterias del rumen.  Abundan en los forrajes. Dos grupos hidroxilo del glicerol se esterifican con ácidos grasos especialmente linoleico. Al otro grupo hidroxilo se incorporan una o dos moléculas de galactosa.

* Esfingolípidos. Contienen el aminoalcohol esfingosina en vez del glicerol, al que se le añaden un ácido graso, fosfato y colina. Abundan en las membranas del tejido nervioso.

* Lipoproteínas. Son lípidos asociados a proteínas específicas. Importantes en el transporte de lípidos por vía sanguínea.

Lípidos insaponificables

* Esteroides. Grupo de compuestos fisiológicamente importantes en animales y vegetales derivados del ciclopentanoperhidrofenantreno.

* Terpenos. Tienen olores y sabores característicos. Al degradarse producen isopreno. No proporcionan energía a los animales.

Dentro de este grupo también se incluyen los carotenoides, pigmentos vegetales yvitaminas liposolubles, como lípidos no saponificables y misiones específicas en el interior del organismo.

Digestión y absorción de grasas.

El objetivo primario de la digestión de los lípidos es hacerlos hidromiscibles y puedan absorberse a través de las microvellosidades intestinales que están recubiertas por una capa acuosa.

La separación mecánica de los lípidos de los demás nutrientes comienza en el estómago por efecto de los movimientos peristálticos. Dicha acción continúa en el duodeno a donde llega una grosera emulsión de grasa que se irá hidrolizando gracias a la acción combinada de las lipasas pancreáticas y de las sales biliares. El tamaño de las partículas de grasa se reduce hasta los 500-1000 Ä. La acción detergente de las sales biliares es previa a la acción de la lipasa pues deja las partículas grasas con mayor superficie por unidad de volumen con lo que facilita la acción de las enzimas pancreáticas.

La hidrólisis de los triglicéridos aun así no es total sino que se forman unas micelas de monoglicéridos, ácidos grasos y ácidos biliares que poseen grupos polares que se orientan hacia el exterior en contacto con la fase acuosa, mientras que los grupos no polares forman el corazón lipídico de la micela. Las micelas producidas en la luz del duodeno tienen un diámetro de 50-100 Ä y transportan los lípidos hasta las células de la mucosa intestinal donde son posteriormente absorbidas.

Absorción intestinal de los lípidos

Los fosfolípidos y los ácidos grasos procesados son digeridos y absorbidos a través de la pared del intestino. La bilis secretada por el hígado y las secreciones pancreáticas (ricas en enzimas y en especial las lipasas pancreáticas y bicarbonato) se mezclan con el contenido del intestino delgado. Las secreciones biliares en especial los ácidos glicocólico, taurocólico y cólico son esenciales para preparar los lípidos para absorción, formando partículas mezclables con agua que pueden entrar en las células intestinales. En las células intestinales la mayor parte de los ácidos grasos se ligan con glicerol (proveniente de la glucosa de la sangre) para formar triglicéridos.

Los triglicéridos, algunos ácidos grasos libres, colesterol y otras sustancias relacionadas con lípidos se recubren con proteínas para formar lipoproteínas ricas en triglicéridos, también llamados lipoproteínas de baja densidad. Las lipoproteínas ricas en triglicéridos entran en los vasos linfáticos y de allí pasan al canal torácico (donde el sistema linfático se conecta con la sangre) y así llegan a la sangre. En contraste con la mayoría de nutrientes absorbidos en el tracto gastrointestinal los lípidos absorbidos no van al hígado sino que entran directamente a la circulación general. Así los lípidos absorbidos pueden ser utilizados por todos los tejidos del cuerpo sin ser procesados por el hígado.

Catabolismo de los lípidos

El principal mecanismo de obtención de energía de los lípidos (sustancias con muy alto valor calórico) lo constituye la oxidación de los ácidos grasos, que se obtienen de los triglicéridos mediante hidrólisis por lipasas específicas. Éstos siempre podrán entrar en el ciclo de Krebs, por lo que cuanto más largo sea el ácido graso mayor cantidad de energía se obtendrá en su oxidación. La glicerina también podrá degradarse si se transforma en dihidroxiacetona, entrando en la glucólisis.

En el caso de los mamíferos, los ácidos grasos (en forma de triglicéridos) tienen una importancia capital como almacén y fuente de energía. El exceso de glúcidos ingeridos en la dieta se almacenan en esta forma, para ser movilizados cuando el organismo lo necesite durante los periodos de ayuno o de demanda energética excesiva. Los triglicéridos son especialmente aptos para esta función. El principal mecanismo de obtención de energía de los lípidos lo constituye la llamada beta-oxidación de los ácidos grasos. Estos ácidos grasos se obtienen de la hidrólisis de los triacilglicéridos mediante el concurso de enzimas específicas y se difunden a la sangre donde los ácidos grasos se unen a las albúminas. Los ácidos grasos ligados a la albúmina son transportados a otros tejidos donde pueden emplearse como fuente energética.

Los ácidos grasos se unirán a una molécula de coenzima A (CoA) en el citoplasma, quedando activados como acil-CoA. De esta forma pasan a la mitocondria, donde sufren el proceso denominado b-oxidacion. Los ácidos grasos se oxidan completamente hasta dióxido de carbono y agua. El resultado de cada ciclo oxidativo de la beta-oxidación de los ácidos grasos es la formación de equivalentes reductores (FADH2 y NADH), una molécula de acetil-coenzima A y una molécula de acil-coenzima A dos carbonos más corta. El acetil-coenzima A se incorpora al ciclo de Krebs para continuar su degradación. Como ejemplo el balance energético de 1 mol de ácido palmítico (16 átomos de carbono) da lugar a 129 ATP.

 

 

Ampliar información en los siguientes vinculos:

 



http://www.canal-h.net/webs/sgonzalez002/Bioquimic/METLIPID.htm

 

 

http://ocw.unican.es/ciencias-de-la-salud/fisiologia-general/materiales-de-clase-1/tema-1.-introduccion-al-estudio-de-la-fisiologia/Tema%204B-Bloque%20I-Vias%20Degradacion%20Lipidos.pdf

 

 

http://saber.ucv.ve/jspui/bitstream/123456789/2392/2/Unidad%205.%20LIPIDOS.pdf

 

 

 



Respiración celular.Ciclo del ácido tricarboxílico.Cadena respiratoria

Ciclo de Krebs

El ciclo de Krebs corresponde a la segunda etapa en la respiración celular. Como su nombre lo indica ocurre en forma cíclica comenzando en un punto y terminando en el mismo punto.

El compuesto de 3 Carbonos llamado PIRUVATO formado en la etapa de la glucólisis, es transformado por acción de una enzima, en el citosol, en una molécula de 2 Carbonos denominada Acetil Coenzima A, liberando una molécula de dióxido de carbono (CO₂).

Esa molécula de 2 C, la acetil coenzima A ingresa dentro de la mitocondria atravesando la membrana y en la matriz cumple el mencionado ciclo de Krebs que podemos resumir de la siguiente manera:

Ingresa una molécula de 2 C, la acetil coenzima A

• Esta se une con una molécula de 4C (Oxalacetato) y forma una molécula de 6 carbonos (Citrato)
• El Citrato se transforma en una molécula de 5 C llamada alfa ceto glutarato, liberando una molécula de CO₂
• El alfa ceto glutarato (5C) se transforma en una molécula de 4C (oxalacetato) perdiendo otra molécula de CO₂. Esta molécula de 4C formada se usa nuevamente para comenzar otra vuelta del ciclo al unirse a otra molécula de 2C y formar una nueva molécula de 6C. (ver esquema). En todo el ciclo las reacciones son comandadas por enzimas y se liberan  3 CO₂  y  también hidrógenos de alta energía(H⁺) que pasan a la siguiente etapa de la cadena respiratoria

 

 

La cadena respiratoria

La cadena respiratoria se cumple por acción del complejo de enzimas (proteínas) ubicadas en la cresta mitocondrial (pliegues de la membrana mitocondrial interna).

La cadena respiratoria usa los hidrógenos de alta energía (H⁺) liberados durante el ciclo de Krebs y los hace pasar de una enzima a otra para hacer que pierdan gradualmente la energía hasta que logran una energía lo suficientemente baja para que estos hidrógenos se unan al oxígeno y formen agua como producto final de todo el ciclo.

A medida que los hidrógenos van perdiendo energía simultáneamente se van formando ATP almacenando la energía liberada. Balance neto 36 ATP formados por cada molécula de glucosa utilizada.

Podemos decir que en los procesos de Ciclo de Krebs y cadena respiratoria los productos que ingresan de 3 Carbonos son transformados finalmente en CO₂ y H₂O, esta última formada por los hidrógenos y el oxígeno, y es esta parte final la única de todo el proceso que consume oxígeno para formar agua.

Los hidrógenos de alta energía formados se mueven fuera de membrana mitocondrial interna por acción de las enzimas de la cadena respiratoria (Complejo NADH deshidrogensa, Complejo Citocromo, Complejo citocromo oxidasa)

 

 

 

Metabolismo parte 1 from marielahonores

Metabolismo de los carbohidratos

Metabolismo de los Carbohidratos: la Glucólisis

En el proceso de obtener energía a partir de la glucosa hay tres procesos metabólicos:

* GLUCÓLISIS: ocurre en el citosol o citoplasma celular, donde cada molécula de glucosa, con sus 6 átomos de Carbono, da lugar a dos moléculas de piruvato (de 3 átomos de Carbono). Se invierten dos moléculas de ATP pero se generan cuatro. El balance neto de ATP es de 2.

* RESPIRACIÓN CELULAR: ocurre dentro de la mitocondria de las células eucariotas, cuando el ambiente es aerobio (contiene O2) y el piruvato se transforma en dióxido de Carbono (CO2) liberando la energía almacenada en los enlaces piruvato y atrapándola en el ATP. El balance neto es de 36 ATP

* FERMENTACIÓN:  ocurre en los procariotas, en el citosol celular cuando el O2 está ausente, ambiente anaerobio,además de producir CO2 ( solo en la fermentación alcohólica) se producen otras moléculas como el ácido láctico o el etanol. Si se produce etanol o alcohol etílico se llama fermentación alcohólica y si se produce ácido láctico se llama fermentación láctica.El balance neto de ATP es de 2.

 GLUCÓLISIS:

 Del griego glycos: azúcar y lysis: ruptura. Es el primer paso de la respiración, es una secuencia compleja de reacciones que se realizan en el citosol de la célula y por el cual la molécula de glucosa se desdobla en dos moléculas de ácido pirúvico. Es el ciclo metabólico más difundido en la naturaleza, también se lo conoce como ciclo de Embden-Meyerhof. Se lo encuentra en los cinco reinos. Muchos organismos obtienen su energía únicamente por la utilización de este ciclo. El mismo esta catalizado por 11 enzimas que se encuentran en el citoplasma de la célula pero no en las mitocondrias. Recuerde que es el inicio de un proceso que puede continuar con la respiración celular (si existe oxígeno) o con la fermentación (en ausencia del oxígeno).

 El ciclo se puede dividir en dos etapas:

1. Fase de inversión de energía: en esta etapa de preparación (fase de 6-carbonos) se activa la glucosa con el agregado de dos grupos fosfatos provenientes del ATP , gasto neto = 2 ~ Pi (o sea dos uniones de alta energía). La molécula de glucosa se divide en dos moléculas de tres carbonos: el gliceraldehido-3-fosfato (G3P) y la dihidroxiacetona fosfato, ésta última luego se transforma en G3P.

2. Fase de "cosecha" de energía: las dos moléculas de G3P se convierten finalmente a 2 moléculas de ácido pirúvico o piruvato, de acuerdo a:

  Fase de oxidación (producción de energía): cada gliceraldehido-3-fosfato se oxida, liberando ~ 100 Kcal. Parte de la energía producida es temporalmente guardada como NADH (reducido). Parte es usada para agregar un fosfato inorgánico a la molécula de 3 carbonos para dar origen al ácido 1-3 difosfoglicérico. El resto de la energía se libera como calor.

  En las reacciones que siguen los grupos fosfato de 1-3 difosfoglicérico son cedidos (uno por vez) al ADP para formar ATP. Esto se conoce como fosforilación a nivel de sustrato.



 

 

 

 

 

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http://www.fmvz.unam.mx/fmvz/p_estudios/apuntes_bioquimica/Unidad_8.pdf



 





Metabolismo y energía. Compuestos ricos en energía, ΔG y redox.

METABOLISMO

Se puede considerar que las moléculas presentes en cada célula se comportan como viajantes en una ciudad. Las reacciones celulares en las que están implicadas esas moléculas definen un mapa bastante complejo, llamado metabolismo celular.

 El metabolismo celular está constituido por el conjunto de reacciones y procesos físico-químicos que ocurren en la célula. Algunas moléculas están involucradas en rutas que implican gasto de energía, mientras que otras van “cuesta abajo”, liberando energía.

El metabolismo es muy complejo, en él las reacciones no están aisladas, sino que se encuentran relacionadas unas con otras. La conexión entre diferentes rutas se establece a partir de los metabolitos, sustancias intermedias, que resultan de las diferentes reacciones. En una única célula ocurren miles de reacciones químicas y su variedad es enorme. Sin embargo, las diferentes reacciones del metabolismo celular integran una red coordinada de transformaciones que presentan muchos aspectos en común. Todas las células tienen la capacidad de degradar sustancias y extraer de ellas energía, así como también de sintetizar macromoléculas (carbohidratos, proteínas, lípidos y ácidos nucleicos) a partir de sus respectivas unidades (monómeros), y almacenar energía en sus uniones químicas.

Anabolismo y Catabolismo

El metabolismo está constituido por dos tipos de reacciones básicas: las anabólicas y las catabólicas.

Anabolismo: Es el conjunto de reacciones con las que los organismos vivos sintetizan (fabrican) las biomoléculas que los componen, hidratos de carbono, proteínas, lípidos y ácidos nucleicos, a partir de compuestos presentes en la célula. La energía necesaria para reacciones anabólicas es provista por moléculas de ATP (Adenosina Tri-Fosfato). La fotosíntesis, biosíntesis de ácidos grasos y aminoácidos son ejemplos de rutas anabólicas.

Catabolismo: Es el conjunto de reacciones de degradación a través de las cuales los seres vivos obtienen energía. Los polímeros o biomoléculas presentes en las células son transformadas en moléculas más simples (orgánicas o inorgánicas), como el piruvato, ácido láctico, amoniaco y CO2. La energía contenida en los enlaces de las moléculas degradadas es liberada y luego almacenada en los enlaces fosfato de alta energía del ATP.  La β-oxidación de ácidos grasos, la glucólisis, la fermentación y la respiración celular son ejemplos de rutas catabólicas.

Relación entre reacciones catabólicas y anabólicas. Las reacciones anabólicas y catabólicas dependen unas de otras, energéticamente y desde el punto de vista de la materia. La energía liberada por unas es usada por las otras, y los productos de unas son materia prima de las otras. 



Relación entre energía y metabolismo

La energía se define como la capacidad para realizar un trabajo. En particular los seres vivos  recurren a la energía química contenida en las uniones de las moléculas, para sus reacciones metabólicas. Según el enunciado de la primera ley de la termodinámica, la energía no se crea ni destruye, se transforma. Es decir que la energía no se “produce” sino que se convierte de una forma en otra. Por ejemplo, de energía lumínica en química, de energía química en calórica.

La energía liberada durante una reacción representa energía útil para alguna otra. La energía libre de Gibbs, expresada con la letra”G”, es la energía liberada durante una reacción, que es utilizable para realizar un trabajo. El cambio de energía libre (ΔG) de una reacción, denota si la reacción puede ocurrir de forma espontánea o no.

Dada una reacción en la que el sustrato “X” se transforma en el producto “Y”: Otro aspecto a considerar es el efecto regulatorio que ejerce la energía celular sobre el metabolismo. En situaciones donde la carga energética abunda, las rutas catabólicas son inhibidas o “apagadas” por moléculas ricas en energía, como el ATP y el NADH. ¿Para que seguir produciendo energía si hay suficiente? En el caso inverso, si la célula se encuentra “hambreada” las moléculas que denotan déficit ¿Cómo saber si esa reacción ocurre espontáneamente?

• Si el ΔG de la reacción es negativo, se trata de una reacción espontánea (el producto “Y” posee menor energía libre que el sustrato “X”). Las reacciones catabólicas son espontáneas porque los productos se encuentran en un nivel energético menor al de los sustratos, hay liberación de energía.
• Si el ΔG de la reacción es positivo, se trata de una reacción no espontánea (el producto “Y” posee mayor energía libre que el sustrato “X”). Las reacciones anabólicas son no espontáneas, los productos tienen más energía que los sustratos, se encuentran más “ordenados” (tienen menor entropía) y por ende son más inestables.

Ahora, las reacciones no espontaneas también ocurren en la células. Una reacción termodinámicamente no favorable ocurre si, y sólo si, se le acopla una reacción espontánea, cuyo excedente de energía sea mayor que la necesaria para la reacción no espontánea.   de energía (ADP y NAD+) activan las rutas catabólicas. La regulación metabólica define que sólo se produzca energía en caso de ser necesaria.

Moléculas transportadoras de energía

Los seres vivos, desde el organismo más simple hasta el más complejo, necesitan un aporte permanente de energía. Algunas reacciones producen energía, mientras que otras la consumen. ¿Cómo ocurre esa transferencia de energía entre distintos tipos de reacciones metabólicas? Usualmente, la energía liberada durante reacciones catabólicas se almacena en enlaces de alta energía de moléculas transportadoras. De esta manera, se producen compuestos que almacenan la energía en su estructura.  El ATP (Adenosín trifosfato) es la  “moneda de energía” más frecuente en los seres vivos. Está compuesta por una base nitrogenada (Adenina), un azúcar (ribosa) y tres grupos fosfato. Es un tipo de nucleótido que contiene enlaces fosfato de alta energía, y lábiles (que se rompen con facilidad y ceden su energía).
El ATP provee de energía para:
 Síntesis de polímeros o moléculas complejas.
 Trabajo mecánico en la contracción muscular

 Transporte activo a través de membranas.
 Movimiento celular (cilias, flagelos, movimiento de cromosomas, etc.)

La hidrólisis del ATP en ADP (adenosin difosfato) o AMP (adenosin monofosfato) libera grandes cantidades de energía, que es aprovechada por reacciones que la absorben  para llevarse a cabo. 

HIDRÓLISIS DEL ATP

La transformación  de ATP en ADP y AMP es un mecanismo sumamente dinámico, que responde a las necesidades energéticas de la célula. De hecho, la hidrólisis del ATP es reversible, y las tres formas de adenina-fosfato son interconvertibles entre sí.

Reacciones redox (reducción- oxidación)

Las pilas que utilizamos en juguetes, controles remotos o relojes les proveen de la energía necesaria para hacer un trabajo. En la pila hay dos componentes químicos con diferente afinidad por los electrones, por lo que se establece un flujo de electrones espontáneo que finalmente produce energía eléctrica. En la pila está ocurriendo una reacción redox o de oxido-reducción que consiste en la transferencia de electrones desde un dador (agente reductor) a un aceptor (agente oxidante). Un ejemplo de reacción redox es la oxidación del ion ferroso por el ion cúprico:

                                      Fe2+ + Cu2+ D Fe3+ + Cu+

En este caso, el catión ferroso (Fe2+) se oxida  mientras que el ion cúprico (Cu2+) gana electrones, y se reduce. La oxidación y la reducción deben ocurrir simultáneamente, es decir, para que una sustancia se oxide (pierda electrones) es necesario que esté en contacto con otra que se reduzca (gane electrones).

En sistemas biológicos las reacciones redox son fundamentales, al punto que el uso e intercambio de energía en el metabolismo es regido por reacciones de oxidación y reducción.

La glucosa, por ejemplo, es un intermediario clave de varias rutas metabólicas. En función del nivel energético, la glucosa presenta distintos destinos. Si la carga de energía celular es baja, entonces sufrirá una serie de reacciones de oxidación con la concomitante liberación de energía. Por el contario, si la célula no precisa energía, la glucosa se almacena luego de ser polimerizada en forma de glucógeno o almidón (según el tipo de organismo), con absorción de energía.

El flujo de electrones juega un rol central en la respiración celular y en la fotosíntesis. En la membrana interna mitocondrial y en la membrana tilacoidal de los cloroplastos existen cadenas transportadoras de electrones. Cada uno de los componentes de la cadena se van reduciendo y oxidando, de forma que el primero le cede electrones al segundo, éste al tercero, y así sucesivamente  hasta un aceptor final que se reduce definitivamente. Con el transcurrir de los electrones por la cadena, se van liberando energía que se aprovecha para sintetizar ATP.

Moléculas transportadoras de electrones

En sistemas biológicos, la transferencia de electrones desde un dador a un aceptor implica la existencia de moléculas intermediarias dinámicas capaces de aceptar electrones y luego donarlos. Esos intermediarios se conocen como transportadores de electrones y pueden estar libres o asociados a enzimas de  membranas. Entre los que difunden libremente se encuentran el NAD+ (nicotinamida adenina dinucleótido) y el NADP+ (nicotinamida adenina dinucleótido fosfato). A pesar de sus semejanzas estructurales y de afinidad por los electrones, el NAD+/NADH está involucrado en reacciones catabólicas, mientras que el NADP+/NADPH está implicado principalmente en vías anabólicas.  En la siguiente ecuación se muestra la reacción de reducción del  NAD+.

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http://www.unsa.edu.ar/bibsalud/descargas/Cartilla%20BIOQUIMICA%20%5bTomo%20II%5d.pdf

Célula: organización bioquímica, principales funciones

     La Célula: Introducción



La célula es la unidad mínima de un organismo capaz de actuar de manera autónoma. Todos los organismos vivos están formados por células, y en general se acepta que ningún organismo es un ser vivo si no consta al menos de una célula. Algunos organismos microscópicos, como bacterias y protozoos, son células únicas, mientras que los animales y plantas están formados por muchos millones de células organizadas en tejidos y órganos. Aunque los virus y los extractos acelulares realizan muchas de las funciones propias de la célula viva, carecen de vida independiente, capacidad de crecimiento y reproducción propias de las células y, por tanto, no se consideran seres vivos.

La Célula y Sus Estructuras.
 Las células están constituidas por una membrana que les confiere una identidad propia, diferente a la del medio externo, mientras que en el interior hay un sistema director del funcionamiento celular y un sistema metabólico que lleva a cabo el funcionamiento celular ordenado por el director.
Según su grado de complejidad y organización, las células pueden clasificarse en Eucariotas y Procariotas. Las procariotas son pequeñas y con menor complejidad organizativa. Estas no tienen envoltura nuclear por lo que su ADN es una única molécula en forma de anillo y empaquetada por proteínas no histonas. Son los organismos pertenecientes al Dominio Eubacterya: bacterias y cianofíceas. Está en discusión si los organismos pertenecientes al Dominio Archaea (extremófilos o arqueobacterias) son verdaderos procariontes.Por otra parte los individuos que pertenecen al Dominio Eukarya son Eucariotas. En estos organismos, las células son más grandes y complejas con un núcleo delimitado por una envoltura membranosa en cuyo  interior está el ADN que es muy abundante y aparece en moléculas dobles enrolladas en forma de hélice empaquetadas por proteínas histonas.

Forma y Tamaño De Las Células
Las células presentan gran diversidad de formas. Podemos observar células con formas más o menos esféricas (cocos), o bien más alargadas (bacilos), más o menos espirales (espirilos, espiroquetas...) o poliédricas (muchas células vegetales). Pero también podemos encontrar formas especiales como la de las neuronas (estrelladas) o los espermatozoides. Incluso podemos encontrar células casi cuadradas.
La función que realice la célula determina la forma de la misma: las células contráctiles que suelen ser alargadas para acompañar el movimiento, las del tejido nervioso irregulares y con prolongaciones que permiten la transmisión del impulso nervioso, las del intestino suelen tener pliegues en una de sus caras (microvellosidades) que amplían la superficie de contacto y de intercambio de sustancias, y, finalmente, las epiteliales que suelen ser planas, cúbicas o prismáticas, aumentando la superficie  cubierta.

 

La Célula Procariota:

Presentes en el Dominio Eubacterya, representado principalmente por las Bacterias. Hay cuatro tipos morfológicos: bacilo, espirilo, vibrión y coco. Algunas forman agrupaciones de individuos ya que tras la división, la cápsula bacteriana mantiene unida a las hijas. Los bacilos suelen presentar cadenas lineales de individuos (se dividen en una dirección), y los cocos se pueden agrupan según las direcciones de división en: estreptococos, estafilococos y sarcinas.
Suelen presentar las siguientes estructuras:

*Cápsula bacteriana: Es una capa gelatinosa de un grosor que aparece en casi todos los grupos bacterianos patógenos. Es una cubierta rica en glúcidos de gran tamaño y con moléculas proteicas. Sus funciones son regular los procesos de intercambio de agua, iones y sustancias nutritivas, y la defensa frente a anticuerpos, bacteriófagos y fagocitos.

*Pared bacteriana: Es una envoltura rígida y fuerte que da forma a las bacterias, y que puede ser Gram positivo o Gram Negativa. Su función es mantener la forma de la bacteria frente a las variaciones de la presión osmótica, actuando como semipermeable y regulando el paso de iones.

*Membrana plasmática: Es una envoltura que rodea al citoplasma bacteriano, en la que varían algunas cosas respecto a las eucariotas, por ejemplo la composición química.
Sus funciones son iguales a las de las células eucariota, o sea formar un límite natural dinámico regulando el paso de las sustancias nutritivas.
Existen en estas membranas repliegues llamados mesosomas. Los mesosomas sujetan al cromosoma bacteriano y tienen muchas enzimas que dirigen la duplicación del ADN, realizan la respiración, la fotosíntesis en bacterias fotosintéticas, y asimilan N2, NO3-, y NO2-.
*Ribosomas: Son partículas globulares que aparecen libres en el citoplasma, y que están constituidos por dos subunidades que estan unidas: una menor  y otra mayor. Su función es actuar en la síntesis de proteínas como en las células eucariotas.
*Inclusiones: Son gránulos de reserva de diversos tipos de sustancias que la bacteria sintetiza en épocas de abundancia de alimentos o bien son residuos de su metabolismo. Están dispersos por el citoplasma.
*ADN bacteriano: Es una molécula circular de cadena simple, que se presenta en forma de cromosoma único.
*Flagelos: Son prolongaciones que aparecen en número variable. Interviene en la locomoción de las bacterias.
*Pelos, pili o fimbria: Son estructuras huecas y tubulares constituidas por moléculas proteicas, y que son  muy numerosas que aparecen ancladas en la pared bacteriana de muchas bacterias Gram negativas. Tienen funciones de fijación a un sustrato, de intercambio de moléculas con el exterior y de intercambio de información genética con otra bacteria.
La Célula Eucariota: 
A las células eucariotas se las suele dividir en Células Vegetales, que están adaptadas a la nutrición autótrofa fotosintética y tienen cloroplastos, pared celular celulósica y sin centrosoma, y en Células Animales, que están adaptadas a la nutrición heterótrofa y presentan centrosoma pero carecen de cloroplastos y pared celular.
Sin embargo es bueno recordar que también existen Células Fúngicas (pertencen al Reino Fungi u Hongos) y Células Protoctistas o Protistas (Reino Protista), que tienen sus características propias diferentes a las de plantas y animales.

La Membrana Plasmática
Es una delgada lámina que envuelve a la célula y la separa del medio externo, aunque permite el intercambio de materia y energía, así como los movimientos y deformaciones de la célula, ya que no es rígida.
Está constituida por una doble capa de lípidos a las que se adosan proteínas y glúcidos que pueden situarse en ambas caras de la superficie o incrustadas en ella.
La bicapa lipídica esta constituida por fosfolípidos que se orientan de forma que sus radicales polares (hidrofílicos) van al exterior y los hidrofóbicos al interior.
La membrana actúa como una estructura dinámica en la que las moléculas se desplazan, lo que le permite autorrepararse e incluso perder un sector de la membrana para formar una vesícula esférica.
Su función es mantener estable el medio intracelular mediante la regulación del paso de agua, moléculas y elementos, y son las proteínas de la membrana las que realizan casi todas las actividades: regular el paso de sustancias (ya sea pasiva sin gasto de energía o activa con consumo de energía) y actuar como receptores de señales del medio externo. La membrana puede tener prolongaciones o deformaciones como cilios, pseudópodos, etc.
Tanto la membrana plasmática, que envuelve totalmente a la célula, como aquellas que delimitan compartimientos interiores, tienen una estructura y una composición química similar. Es más,  en muchos casos la continuidad que existe entre ellas las hace ser consideradas como una sola unidad funcional.
La membrana plasmática es una delgada lámina de 75 Å, que envuelve completamente a la célula y la separa del medio externo.

Los componentes químicos de la Membrana Plasmática.

  

Funciones de las proteínas  de membrana

Muchas proteínas integrales proporcionan canales (o poros) estructurales  a través de los cuales las sustancias hidrosolubles, especialmente los iones, pueden difundir entre los medios interno y externo de la célula. Otras proteínas integrales actúan como transportadores para llevar sustancias  a través de la membrana. Una tercera clase de proteínas actúa como enzimas

Componentes químicos de la membrana:

La membrana plasmática está formada por tres clases de componentes: lípidos,proteínas y glúcidos.

Los lípidos de la membrana son, fundamentalmente de tres tipos diferentes: fosfolípidos, esfingolípidos y colesterol. En las moléculas de estos lípidos se distinguen dos partes (parte hidrofílica y parte hidrofóbica) que le otorgan polaridad a cada molécula y hace que las moléculas se dispongan formando una doble capa lipídica.

La membrana plasmática no es una estructura estática, sus componentes tienen posibilidades de movimiento, lo que le proporciona una cierta fluidez.



La fluidez es una de las características más importantes de las membranas.

Depende de factores como:

a) La temperatura, la fluidez aumenta al aumentar la temperatura.

b) La naturaleza de los lípidos, la presencia de lípidos insaturados y de cadena corta favorecen el aumento de fluidez; la presencia de colesterol endurece las membranas, reduciendo su fluidez y permeabilidad

Las proteínas son diversas y realizan las funciones específicas de la membrana. En ocasiones pueden unirse a moléculas de lípidos o a oligosacáridos.

Los glúcidos son del tipo oligosacáridos o polisacáridos; se encuentran sobre la superficie  y pueden hallarse  unidos  a moléculas de lípidos o a proteínas (glucolípidos y glucoproteínas).

Los lípidos proporcionan una matriz estructural a la membrana. Las proteínas, en cambio, realizan funciones específicas: transporte de sustancias, funciones enzimáticas, recepción de mensajeros químicos y otras.

Transporte celular. La Obtención De Materia

Incorporar sustancias a la célula o eliminarlas implica un pasaje a través de la membrana plasmática. Algunas sustancias como el agua sencillamente la atraviesan siguiendo el gradiente de concentración, es decir, pasan de lugares de mayor concentración a otros de menor concentración sin que la célula tenga que realizar un gasto de energía. Este proceso se denomina transporte pasivo. Otras sustancias deben moverse en contra del gradiente de concentración, es decir, desde donde están menos concentradas hasta donde están más concentradas. Este pasaje se denomina transporte activo y se produce con un gasto de energía por parte de la célula.

Transporte pasivo

Cada vez que dos o más sustancias se mezclan disolviéndose una en otra, como ocurre cuando se agrega azúcar a una taza con agua, estamos en presencia de una solución. En este caso, la solución está formada por dos componentes: la sustancia disuelta, el azúcar, que es el soluto, y la que disuelve, el agua, que es el solvente. Las moléculas de azúcar se desplazan desde el lugar donde están más concentradas hacia donde están menos concentradas hasta que su distribución se hace uniforme. Este fenómeno se denomina difusión y consiste en el movimiento aleatorio (al azar) de moléculas o partículas desde una región de mayor concentración a otra de menor concentración, hasta alcanzar una distribución pareja. La presencia de una barrera o de una membrana semipermeable puede impedir el pasaje de soluto y permitir sólo el pasaje de agua, proceso al que llamamos ósmosis. Consideramos el proceso de ósmosis como un tipo de difusión en el que se produce el pasaje de agua a través de una membrana semipermeable.

El transporte pasivo puede ser de dos tipos: difusión simple o difusión facilitada.

* Difusión simple: el pasaje se realiza desde una zona de mayor concentración a otra de menor concentración, tal como se explicó al hablar del fenómeno de difusión en general. La difusión simple se realiza sin la intervención de proteínas transportadoras y sin gasto de energía por parte de la célula. Algunas de las sustancias que entran y salen de las células por difusión simple son el oxígeno y el dióxido de carbono.

* Difusión facilitada: algunas moléculas de azúcares, aminoácidos o iones no pueden atravesar la membrana plasmática, aunque sea a favor del gradiente de concentración; para poder pasar necesitan la ayuda de proteínas especiales que se encuentran en la membrana. Las proteínas que intervienen en la difusión facilitada pueden ser de dos tipos:

1. Proteínas de canal: funcionan como una especie de compuerta que se abre y se cierra dejando pasar, principalmente, los iones.

2. Proteínas transportadoras: se unen a las moléculas o iones que deben atravesar la membrana, luego cambian de forma para permitir el pasaje.

Transporte activo

El pasaje de moléculas o iones a través de la membrana en contra del gradiente de concentración se denomina transporte activo; para que se lleve a cabo, requiere un aporte de energía. En el transporte activo intervienen proteínas transportadoras.

Se produce cuando el transporte se realiza en contra del gradiente electroquímico. Son ejemplos de transporte activo la bomba de Na/K, y la bomba de Ca.

La bomba de Na+/K+ Requiere una proteína transmembranosa que bombea Na+ hacia el exterior de la membrana y K+ hacia el interior. Esta proteína actúa contra el gradiente gracias a su actividad como ATP-asa, ya que rompe el ATP para obtener la energía necesaria para el transporte.

Para el transporte de este tipo de moléculas existen tres mecanismos principales: endocitosis, exocitosis y transcitosis. En cualquiera de ellos es fundamental el papel que desempeñan las llamadas vesículas revestidas. Estas vesículas se encuentran rodeadas de filamentos proteicos de clatrina.

* 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. Se produce la estrangulación de la invaginación originándose una vesícula que encierra el material ingerido. Según la naturaleza de las partículas englobadas, se distinguen diversos tipos de endocitosis.

a) Pinocitosis. Implica la ingestión de líquidos y partículas en disolución por pequeñas vesículas revestidas de clatrina.

b) Fagocitosis. Se forman grandes vesículas revestidas o fagosomas que ingieren microorganismos y restos celulares.

c) Endocitosis mediada por un receptor. Es un mecanismo por el que sólo entra la sustancia para la cual existe el correspondiente receptor en la membrana.

* 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. Esto requiere que la membrana de la vesícula y la membrana plasmática se fusionen para que pueda ser vertido el contenido de la vesícula al medio. Mediante este mecanismo, las células son capaces de eliminar sustancias sintetizadas por la célula, o bien sustancias de desecho. En toda célula existe un equilibrio entre la exocitosis y la endocitosis, para mantener la membrana plasmática y que quede asegurado el mantenimiento del volumen celular.

* Transcitosis. Es el conjunto de fenómenos que permiten a una sustancia atravesar todo el citoplasma celular desde un polo al otro de la célula. Implica el doble proceso endocitosis - exocitosis.  Es propio de células endoteliales que constituyen los capilares sanguíneos, transportándose así las sustancias desde el medio sanguíneo hasta los tejidos que rodean los capilares.

 

 

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 organelos. Algunos de éstos son:

*  Los ribosomas, que realizan la síntesis de sustancias llamadas proteínas.

*  Las mitocondrias, consideradas como las centrales energéticas de la célula. Emplean el oxígeno, por lo que se dice que realizan la respiración celular.

* Los lisosomas, que realizan la digestión de las sustancias ingeridas por la célula.

* Las vacuolas, que son bolsas usadas por la célula para almacenar agua y otras sustancias que toma del medio o que produce ella misma.

* Los cloroplastos, que son típicos de las células vegetales y que llevan a cabo el proceso de la fotosíntesis.

Toda la porción citoplasmática que carece de estructura y constituye la parte líquida del citoplasma, recibe el nombre de citosol por su aspecto fluido. En él se encuentran las moléculas necesarias para el mantenimiento celular.

El citoesqueleto, consiste en una serie de fibras que da forma a la célula, y conecta distintas partes celulares, como si se tratara de vías de comunicación celular. Es una estructura en continuo cambio. Formado por varios tipos de componentes:

 * Microtúbulos

Son filamentos largos, formados por la proteína tubulina. Son los componentes más importantes del citoesqueleto y pueden formar asociaciones estables.

* Centríolos

Son dos pequeños cilindros localizados en el interior del centrosoma, exclusivos de células animales. Con el microscopio electrónico se observa que la parte externa de los centríolos está formada por nueve tripletes de microtúbulos. Los centríolos se cruzan formando un ángulo de 90º.

* Retículo endoplasmático:Está formado por una red de membranas que forman cisternas, sáculos y tubos aplanados.  Delimita un espacio interno llamado lúmen del retículo y se halla en continuidad estructural con la membrana externa de la envoltura nuclear. Se pueden distinguir dos tipos de retículo:

a) El Retículo endoplasmático rugoso (R.E.R.), presenta ribosomas unidos a su membrana. En él se realiza la síntesis proteica. Las proteínas sintetizadas por los ribosomas, pasan al lúmen del retículo y aquí maduran hasta ser exportadas a su destino definitivo.

b) El Retículo endoplasmático liso (R.E.L.), carece de ribosomas y está formado por túbulos ramificados y pequeñas vesículas esféricas.   En este retículo se realiza la síntesis de lípidos. En el retículo de las células del hígado tiene lugar la detoxificación, que consiste en modificar a una droga o metabolito insoluble en agua, en soluble en agua, para así eliminar dichas sustancias por la orina.

 

El Núcleo Celular.

Característico de las células eucariotas, contiene el material genético y ejerce el control celular. En él tienen lugar procesos tan importantes como la autoduplicación del ADN o replicación, antes de comenzar la división celular, y la trascripción o producción de los distintos tipos de ARN, que servirán para la síntesis de proteínas.

 

El núcleo presenta diversas estructuras que lo forman:

 *La Envoltura Nuclear: Es una doble membrana que separa el citoplasma del nucleoplasma y que está en comunicación con el Retículo Endoplásmico Rugoso (REG). La envoltura nuclear presenta poros distribuidos regularmente que no son simples aberturas sino que están ocupadas por una estructura compleja llamada complejo del poro. 

La cantidad de poros es mayor en los núcleos fisiológicamente más activos: a través de ellos pasan moléculas de ARN, proteínas y enzimas, es decir que los poros son translocadores de moléculas.

La función de la envoltura nuclear es separar el medio nuclear del citoplasma y regular el intercambio de sustancias a través de la membrana interna y los poros.

 * Nucleoplasma, jugo nuclear, cariolinfa o carioplasma:  Es el medio interno del núcleo compuesto por proteínas, ácidos nucleicos, lípidos, glúcidos, sales minerales e iones, siendo su función la síntesis de ácidos nucleicos.

Las proteínas estructurales no manifiestan ninguna actividad enzimática y se caracterizan por su estabilidad y por formar estructuras moleculares filamentosas

 *Nucleolo: Es un orgánulo esférico sin membrana, pudiendo haber uno o dos en cada núcleo. Está constituido por proteínas, cadenas de ARN y bucles de ADN con genes que dirigen la síntesis del ARNr.  Su función principal es la síntesis del ARN ribosómico.

 

 

 * Cromatina: Está constituida por filamentos de ADN unidos a proteínas que en la fase de reposo aparecen formando condensaciones en forma de ovillo, mientras que en la reproducción celular da lugar a cromosomas. En la fase de reposo su función es la expresión de su información genética dando lugar a ARNm. Otra función es conservar y transmitir la información genética del ADN para lo que se forman dos cromátidas iguales que se organizan en cromosomas.

 * Cromosomas: Son estructuras con forma de bastoncillos, constituidos por ADN e histonas y que se forman por condensación de cromatina durante la meiosis y mitosis, y variando su número según la especie. Su función es facilitar el reparto de la información genética contenida en el ADN.

Son los portadores de la información hereditaria. Sólo son visibles durante la división celular, cuando aparecen como cuerpos cilíndricos que se tiñen intensamente. 

 

 Ampliar información en los siguientes vínculos:

http://www.curtisbiologia.com/node/76

 

http://www.curtisbiologia.com/node/80

 

http://www2.unicen.edu.bo/ofyk/wp-content/uploads/2012/10/La-celula.pdf