CORPORACIÓN UNIVERSITARIA EMPRESARIAL ALEXANDER VON HUMBOLDT
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
PROGRAMA DE ENFERMERÍA
ARMENIA-QUINDIO
AUTORES
Estudiantes de 1er semestre del programa de
enfermería, corporación universitaria Alexander Von Humboldt. SAI-II
2016.
HISTORIA DE UN ÉXITO CIENTÍFICO
Este docuemental te mostrara sucesos y acontecimientos que marcaron la historia de la genetica y el comienzo de una nueva Era cientifica.
Video 2. ADN el secreto de la foto 51
Algunos personajes destacados en este exito científico:
GREGORY MENDEL
Ilustración 1 . Factores de Herencia
ROSALYND FRANKLIN
Ilustración 2. Doble hélice - Cristografia con rayos x
JAMES WATSON Y FRANCIS CRICK
Ilustración 3.Descubrimiento de la doble hélice
y la autorreplicacion de caracteres hereditarios.
La imágenes de los autores, corresponden a los sucesos fundamentales
en la historia del descubrimiento de la doble hélice del ADN, pues
Mendel fue el que inicialmente apuntaba a que los factores
que se encontraban en cada planta y organismo vivo eran los causantes de las
características hereditarias, por lo tanto fue el que generó los
primeros interrogantes relacionados con la herencia. En el mismo
contexto se va desarrollando una historia sistemática, en donde se hacen
varios descubrimientos y experimentos que generan muchas hipótesis
alrededor del tema de la célula y la herencia; descubrimientos que no
salieron a la luz como el de Rosalynd Franklin y la doble hélice de la
molécula del ADN, pues su muerte se anticipo antes de que ella pudiera
reportar tal hallazgo, por esta razón esta estructura fue redescubiera
por James Watson y Francis Crick quien finalmente muestran al mundo que
el ADN es una molécula de dos Hélices y esta es la que permite la
auto-replicacion de los genes.
Aquí se muestra un recorrido de la historia de la doble hélice del ADN y de las autorias que condujeron a llegar a este fin:
Ilustración 4
Personajes influyentes en el descubrimiento del ADN
CÉLULA
Robert Hooke
vídeo 2. viaje al interior de la célula.
HISTORIA DESCUBRIMIENTO DE LA CÉLULA
La
aparición de la primera célula emergió hace aproximadamente 3.800 millones de
años, aproximadamente 750 millones de años, pero aun así se convierte en un
elemento de especulación, puesto que en un primer momento estos acontecimientos
no pudieron reproducirse en un laboratorio.
El
estudio de las células ha dependido primordialmente del uso del microscopio
1838 – 1858 pues el descubrimiento real de las células surgió del desarrollo
del microscopio: Robeth Hoke fue el primero que acuñó el término de célula,
siguiendo sus observaciones de una pieza de corcho con un simple microscopio
óptico. La propuesta de la teoría celular planteada por Matthias Schleiden y
Theodor Schwann debe tomarse como el nacimiento de la biología celular
contemporánea, pues se refieren a que todos los organismos están compuestos por
células y que estas pueden originarse exclusivamente a partir de células
preexistentes, por lo tanto la célula consiguió su actual reconocimiento como
la unidad fundamental de todos los organismos vivos, debido a las observaciones
que se realizaron.
TEORÍA CELULAR
Esta afirma que:
·
Que todos los organismos vivos están
compuestos por una o más células.
Las reacciones químicas de un organismo
vivo, incluidos los proceso que liberan energía y las reacciones biosinteticas,
ocurren dentro de las células.
Las células se originas de otras
células.
Las células contienen la información
hereditaria de los organismos de los cuales son parte y esta información pasa
de las células progenitoras a células hijas.
CARACTERISTICAS DE LAS CELULAS
Características
estructurales
·Contienen una pared o membrana que los
separa y comunica con el exterior.
·Contiene citosol que es un medio acuoso
en el que están los orgánulos celulares.
·Posee como material genético como ADN
–ARN. (Hurtado, 2011)
Características
funcionales
·Nutrición
·Crecimiento, multiplicación
·Diferenciación
·Evolución (Hurtado, 2011)
Las
primeras células que se descubrieron, fueron las bacterias y mediante
los avances de Robert Hooke y otros científico se llego a otros
descubrimientos, entre esos que las célula se dividían en dos grandes
grupos: Procariotas y Eucariotas.
PROCARIOTA
Ilustración 5.Célula procariota y sus organelos Fuente: http://lacelulaalfaro.blogspot.com.co/
EUCARIOTAS ANIMAL VEGETAL
Ilustración 6.Célula Eucariota y sus organelos
ORGANELOS CELULARES
Las
células presentan también varios organelos, limitados por membrana que dividen
el citoplasma celular en varios compartimientos, de esta manera lo definen (Riaño, 2008) y (Gerald, 2014)
Ilustración 9.Organelos Celulares de célula animal y célula vegetal ( Fuente propia)
Finalmente,
el conocimiento de la célula, permite conocer íntimamente cada una de
sus partes y específicamente determinar su función especifica y como
cada una de estas aporta, para su funcionamiento general, entre esas
todo el proceso de biomoleculas, como puede verse en el siguiente video:
Los carbohidratos llamados “hidratos de
carbono” son uno de los tres tipos de macronutrientes presentes en nuestra
alimentación (los otros dos son las grasas y las proteínas). Existen en
multitud de formas y se encuentran principalmente en los alimentos tipo
almidón, como el pan, la pasta alimenticia y el arroz, así como en algunas
bebidas, como los zumos de frutas y las bebidas endulzadas con azúcares. Los
carbohidratos constituyen la fuente energética más importante del organismo y
resultan imprescindibles para una alimentación variada y equilibrada.
Ilustración 2. Clasificación de los carbohidratos Fuente: esteticaracas
Todos los carbohidratos están formados por unidades estructurales de azúcares, que se pueden clasificarsegún el número de unidades de azúcar que se combinen en una molécula como:
FUNCIÓN ESTRUCTURAL DE LOS CARBOHIDRATOS
Monosacáridos:
Algunos
monosacáridos como la glucosa y sus derivados, son piezas fundamentales
de
muchas rutas metabólicas esenciales para la obtención de energía . La
glucosa actúa
en el organismo como combustible energético de uso rápido, mientras
polisacáridos o grasas son reservas energéticas que deben ser procesadas
antes de su utilización.
Algunos monosacáridos y disacáridos como la fructosa o la sacarosa son
responsables
del sabor dulce de muchos frutos, con lo que se hacen más atractivos a
los agentes
dispersantes de las semillas.
Los oligosacáridos:
Pequeñas cadenas poliméricas conteniendo entre 2 y 10
monosacáridos, aparecen normalmente formando parte de las glicoproteínas que
ejercen importantes funciones reguladoras o de reconocimiento celular.
Los polisacáridos:
Como almidón o glucógeno tienen funciones de reserva energética en
plantas y animales, respectivamente. Otros polisacáridos tienen funciones
estructurales. Ya hemos citado el caso de la celulosa, principal componente de las
paredes celulares vegetales, que supone la mayor parte de la masa de la madera y el
algodón en casi pura celulosa; y la quitina, principal componente del exoesqueleto de
muchos artrópodos. También tienen gran importancia estructural el heteropolímero de
residuos alternados de N-acetilglucosamina y N-acetilmurámico unidos por enlaces β(1-
4), que constituyen el componente principal de las paredes celulares bacterianas; estos
heteropolímeros se unen a proteinas formando peptidoglucanos.
FUNCIÓN FISIOLÓGICA DE LOS CARBOHIDRATOS
Los hidratos de carbono poseen varias funciones, especialmente relacionadas con el aporte de energía y los procesos digestivo y a continuación con más detalle para qué sirven los hidratos.
Suministran la mitad de la energía aportada por una dieta normal.
Aportan energía para el trabajo muscular, 1 gramo de carbohidratos aporta 4 kcal.
A partir de los hidratos se pueden sintetizar proteínas y lípidos.
Mejora la flora intestinal bacteriana, gracias a la fermentación de azúcares como la lactosa.
Dentro de los hidratos de carbono complejos, se
encuentra la fibra dietética, la cual capta y permite eliminar residuos y
toxinas del organismo. Es decir cumple una función depurativa.
Esta misma fibra cumple una función reguladora de la
concentración de glucosa, colesterol y triglicéridos en sangre.
Estimula la motilidad intestinal evitando la
constipación.
A partir de un hidrato de carbono como la glucosa, se
forma glucógeno (reserva de glucosa en el organismo).
Los ácidos nucleicos ADN y ARN son las principales moléculas de información de la célula. El ácido Desoxirribonucleico ADN desempeña un papel único como material genético, que en las células eucariotas se encuentra en el núcleo. Hay dos tipos distintos de ácido desoxirribonucleico:
ARN
participan en distintas actividades celulares.
ARN
mensajero transporta información desde el ADN a los ribosomas, donde sirve
como molde para la síntesis de proteínas.
Otros tipos de ARN
(ARN ribosómico y ARN de transferencia) están
implicados en la síntesis de proteínas. Además otras formas de ARN están
implicadas en la regulación de la expresión génica y en el procesamiento y
transporte tanto del ARN como de proteínas. Además de actuar como una molécula
informativa, El ARN también es capaz de catalizar diversas reacciones químicas.
El ADN y el ARN son polímeros
nucleótidos que consisten en bases de purinas y pirimidinas ligadas a azucares
fosforilados.
Ilustración 2. Componentes de los ácidos nucleicos. los
ácidos Nucleicos, contienen bases purinicas y
pirimidiminicas ligadas a azucares fosforilados. Una
base de un ácido nucleico ligada Solo a un azúcar es un nucleosido. Los
nucleótidos contienen Además uno o más grupos fosfato.
El ADN contiene dos purinas (adenina y guanina) y dos pirimidinas (citosina y timina). Adenina, guanina y citosina también están presentes en el ARN, pero el ARN contiene uracilo en lugar de timina. Las bases están ligadas a azucares para formar nucleosidos. Los nucleótidos contienen además un o más grupos fosfato ligados al carbono 5 de los azucares de los nucleosidos.
La polimerización de nucleótidos para formar ácidos nucleicos implica la formación de enlaces fosfodiester. Los oligonucleótidos son pequeños polímeros que contienen solo unos pocos nucleótidos, los poli nucleótidos mayores que componen el ARN y el ADN celular, pueden contener miles de millones de nucleótidos respectivamente
.
Ilustración 3.Estructura de Moléculas de ADN y ARN
Fuente: bqguadalupevalenzuelahd
La información
de ADN y ARN se transmite por el orden de las bases en la cadena
polinucleotida. El ADN es una molécula de doble hebra, que consiste en dos
cadenas de poli nucleótidos que discurren en direcciones opuestas. Las bases se
encuentran en la parte interna de la molécula y las dos cadenas están unidas
por enlaces de hidrogeno entre pares de bases complementarias. La
principal consecuencia de este emparejamiento es que una hebra de ADN o ARN
puede actuar como molde para dirigir la síntesis de una cadena complementaria.
Los ácidos nucleicos, son por eso
excepcional mente capaces de dirigir su propia auntorreplicacion, permitiéndoles
funcionar como las moléculas de información fundamentales de la célula. La información
transportada por el ADN y el ARN dirige la síntesis de proteínas específicas
que controlan la mayoría de la actividad celular.
Los nucleótidos no solo son importantes
como los ladrillos de construcción de los ácidos nucleicos; también desempeñan
procesos vitales en otros procesos celulares. Quizá el ejemplo más destacado es
el Adenina Trifosfato ATP que es la principal forma de energía química dentro
de las células.
Ilustración 4. Cadena de ADN
Fuente: Canal gif
Otros nucleótidos funcionan de manera
similar, como transportadores de energía o de grupos químicos reactivos en una
gran variedad de reacciones metabólicas, además que los nucleótidos son
importantes moléculas de señalización dentro de las células.
Los
lípidos desempeñan tres funciones básicas en las células:
Proporcionan
una importante fuente de energía.
Es de gran importancia en la biología celular, ya que estos son el componente principal
de las membranas celulares.
Los
lípidos desempeñan importantes papeles en la señalización celular, bien como
hormonas esteroideas (estrógeno y
testosterona) o como mensajeros moleculares que trasladan señales desde los
receptores de la superficie celular hasta dianas dentro de las células.
Ilustración
1. los ácidos grasos son largas cadenas
hidrocarbonadas
que terminan en un grupo carboxilo.
Los
lípidos más simples son los ácidos grasos, consistentes en largas cadenas
hidrocarbonadas que con mayor frecuencia contienen 16 0 18 átomos de carbono,
con un grupo carboxilo en n extremo. Los ácidos grasos no saturados contienen
uno o más dobles enlaces entre átomos de carbono; en los ácidos grasos saturados
todos los átomos de carbono están enlazados al máximo numero de átomos de
hidrogeno posible.
Los
ácidos grasos se almacenan en forma deTRIGLICERIDOSo grasas que consisten en tres ácidos grasos
ligados a una molécula de glicerol. Los triglicéridos son insolubles en agua y
por tanto se acumulan como gotas de grasa en el citoplasma. Cuando es necesario
pueden ser degradados para su utilización como moléculas procuradoras de
energía. Es de destacar que los ácidos grasos son una forma de almacenamiento de
energía más eficaz que los carbohidratos, produciendo más del doble de energía
por peso de material degradado. Las grasas por tanto permiten que se almacene
energía en menos de la mitad del peso corporal que se requería para almacenar
la misma cantidad de energía en carbohidratos.
Los
FOSFOLIPIDOS son los componentes
principales de las membranas celulares, se componen de dos ácidos grasos unidos
a un grupo polar de cabeza. En los fosfogliceridos, los dos ácidos grasos están
ligados a átomos de carbono de glicerol, sin embargo está ligado a un grupo
fosfato que frecuentemente está unido a otra molécula polar pequeña.
Ilustración
2. clasificación de los lípidos
.
Además
de su papel como componente de membranas celulares, los lípidos funcionan como
moléculas de señalización tanto dentro como fuera de la célula. Las hormonas
esteroideas son derivados del colesterol. Las hormonas son un grupo variado de
mensajeros químicos. Los derivados de los fosfolípidos también funcionan como
mensajero celulares dentro de las células actuando para emitir señales desde
los receptores de la superficie celular hasta sus dianas intracelulares, que
regulan una amplia gama de procesos celulares, incluyendo la proliferación
celular, el movimiento, la supervivencia y la diferenciación.
Las
proteínas son moléculas complejas imprescindibles para la estructura y función
de las células. Su nombre proviene del griego proteos que significa
fundamental, lo cual se relaciona con la importante función que cumplen para la
vida.
Ilustracion 1. Visión general de las proteínas Fuente:Department of Molecular Biology and Biotechnology
Mientras que los ácidos nucleicos transportan la información genética
de la célula, la responsabilidad básica de las proteínas es ejecutar las tareas
dirigidas por esa información. las proteínas son las más variadas de las macromoléculas
y cada célula contiene miles de proteínas diferentes que realizan una amplia
gama de funciones, entre ellas es servir como componentes estructurales de células
y tejidos, actuar en el transporte y almacenamiento de pequeñas moléculas, la propiedad
fundamental de las proteínas es su capacidad para actuar como enzimas, que
catalizan casi todas las reacciones químicas en los sistemas biológicos, de
este modo las proteínas dirigen virtualmente todas las actividades de la célula.
Las proteínas son polímeros
de 22 aminoácidos distintos, cada aminoácido consiste en un ácido de carbono
ligado a un grupo carboxilo, un grupo amino, un átomo de hidrogeno y una cadena
lateral. Las propiedades específicas de las diferentes cadenas
laterales de los aminoácidos determinan los papeles de cada aminoácido en la
estructura y función proteica. Los aminoácidos pueden agruparse en cuatro categorías,
dependiendo de las propiedades de las cadenas laterales y son: los aminoácidos no
polares, aminoácidos polares, aminoácidos básicos, aminoácidos ácidos
Ilustracion 2. Aminoácidos, se indican las abreviaturas
de tres y una letra para cada aminoácido
Los aminoácidos están unidos por enlaces peptídicos y estos polípetidos
son cadenas lineales de aminoácidos. La característica definitoria de las proteínas
es que son poli-péptidos con secuencias de aminoácidos específicos determinada
por el orden de nucleótidos por un gen. La secuencia de aminoácidos de una proteína
es solo el primer elemento de su estructura, en vez de ser cadenas prolongadas
de aminoácidos, las proteínas adoptan configuraciones tridimensionales características
que son cruciales para su función. Estas configuraciones de las proteínas son
interacciones entre sus aminoácidos constituyentes, así que la forma de la proteína
viene determinada por su secuencia de aminoácidos.
Las proteínas tienen múltiples niveles de estructura. La básica es la estructura primaria. La estructura primaria de una proteína es simplemente el orden de sus aminoácidos.
Por convención el orden de escritura es siempre desde el grupo amino-terminal hasta el carboxilo final.
La estructura primaria de una proteína es simplemente el orden de sus aminoácidos. Por convención el orden de escritura es siempre desde el grupo amino-terminal hasta el carboxilo final. Para encontrar datos sobre las estructura de , por ejemplo la hexoquinasa, navegue hasta Brookhaven Protein Data Bank 3D browser y entre hexokinase para la búsqueda, o SCOP (Structural Classification of Proteins) y use la referencia PDB número 1HKG.
Como consecuencia del establecimiento de enlaces peptídicos entre los distintos AA que forman la proteína se origina una cadena principal o "esqueleto" a partir del cual emergen las cadenas laterales de los aminoácidos -
Estructura primaria de la Insulina: consta de dos cadenas de AA enlazadas por puentes disulfuro entre las cisteínas
Ilustración 4.Cuadros de estructuras primarias
Fuente: biologia.edu.ar
Estructura secundaria
La estructurasecundaria de una proteína es la que adopta espacialmente. Existen ciertas estructuras repetitivas encontradas en las proteínas que permiten clasificarlas en dos tipos: hélice alfa y lámina beta.
Una hélice alfa es una apretada hélice formada por una cadena polipeptídica. La cadena polipetídica principal forma la estructura central, y las cadenas laterales se extienden por fuera de la hélice. El grupo carboxílo (CO) de un aminoácido n se une por puente hidrógeno al grupo amino (NH) de otro aminoácido que está tres residuos mas allá ( n + 4 ). De esta manera cada grupo CO y NH de la estructura central (columna vertebral o "backbone") se encuentra unido por puente hidrógeno.
Existen tres modelos de alfa hélice.
Existen tres modelos de alfa hélice. El primero muestra solo al carbono alfa de cada aminoácido. El segundo muestra todos los átomos que forman la columna vertebral del polipéptido .
Ilustración 5.Modelos de alfa hélice Fuente: biologia.edu.ar
El tercero y mas completo modelo, muestra todos los puentes hidrógeno que mantienen la alfa-hélice. Las hélices generalmente están formadas por aminoácidos hidrófobos, en razón que son, generalmente, la máxima atracción posible entre dichos aminoácidos. Las hélices se observan, en variada extensión, prácticamente en todas las proteínas.
Ilustración 6.Puentes hidrógeno que mantienen la alfa-hélice.
Fuente: biologia.edu.ar
B-Las láminas beta son el otro tipo de estructura secundaria. Pueden ser paralelas o antiparalelas. Las anti-paralelas generalmente se ven así:
Ilustraciones 7. Laminas de proteínas
Fuente: biologia.edu.ar
Y los giros que tienen en su estructura :
Ilustración 8. Giros de la estructura
Fuente: biologia.edu.ar
Donde el aminoácido n se une por puente hidrógeno al aminoácido (n +3) .
Existe un tipo especial de modelo molecular para resaltar la estructura secundaria de las proteínas. Este tipo de modelo de proteína representa los segmentos de lámina-beta como cintas en flecha (ribbons) y las alfa hélices como como cintas en espiral.
Ilustración 9. Prión en su forma PrPsc presenta gran proporción de láminas beta (43% láminas beta, 30% hélices alfa).
Fuente: biologia.edu.ar
El resto de la cadena polipeptídica se referencia como un espiral al azar ("random coil"), y se dibuja como una fina línea. Por favor, note que espiral al azar o "random coil" es un nombre que lleva a confusión, dado que las proteínas están altamente organizadas, pero esta región no tiene una estructura secundaria con componentes difíciles de categorizar.
Estructura Terciaria
La estructura terciaria es la estructura plegada y completa en tres dimensiones de la cadena polipeptídica, la hexoquinasa que se usa como icono en esta página es una estructura tridimensional completa.
Ilustración 10. Estructura terciaria
Fuente: biorom.uma.es
A diferencia de la estructura secundaria, la estructura terciaria de la mayor parte de las proteínas es específica de cada molécula, además, determina su función.
EL plegamiento terciario no es inmediato, primero se agrupan conjuntos de estructuras denominadas dominios que luego se articulan para formar la estructura terciaria definitiva. Este plegamiento está facilitado por uniones denominadas puentes disulfuro, -S-S- que se establecen entre los átomos de azufre del aminoácido cisteína.
Existen, sin embargo dos tipos de estructuras terciarias básicas:
proteínas fibrosas, insolubles en agua, como la alfa queratina o el colágeno y
Solo está presente si hay mas de una cadena polipeptídica. Con varias cadenas polipeptídicas, la estructura cuaternaria representa su interconexión y organización. Esta es la imagen de la hemoglobina, una proteína con cuatro polipéptidos, dos alfa-globinas y dos beta globinas. En rojo se representa al grupo hem (complejo pegado a la proteína que contiene hierro, y sirve para transportar oxígeno).
Ilustración 11. Estructura cuaternaria
Fuente: biologia.edu.ar
Este documental te podría servir para comprender más este tema de proteínas:
Raisman, J.,Gonzales, A.. (2007). Proteínas: de la estructura primaria a la cuaternaria. Hipertextos del àrea de la biología, Sitio web: http://www.biologia.edu.ar/macromoleculas/structup.htm#inicio
La estructura y formación de las células dependen de forma crucial de
las membranas, que no solo separan el interior de la célula de su entorno, sino
que también definen los comportamientos internos de las células eucariotas,
incluyendo las organelas del núcleo y el citoplasma. la formación de membranas biológicas
se basa en las propiedades de los lípidos y todas las membranas celulares
comparten una misma organización estructural: bicapas de fosfolípidos con proteínas
asociadas, estas proteínas de membranas son responsables de muchas funciones
especializadas, algunas actúan como receptores que permiten a la célula
responder a señales externas, algunas son responsables del transporte selectivo
de moléculas a través de la membrana y otras participan en el transporte de
electrones y en la fosforilacion oxidativa. Además las proteínas de las
membranas controlan las interacciones entre células de organismos
pluricelulares.
Ilustración 1. Visión general de la membrana celular
ESTRUCTURA DE LA MEMBRANA CELULAR
Los
bloques fundamentales de todas las membranas celulares son los
fosfolipidos, que son moleclas anfipaticas, que consisten en dos cadenas
de acidos grasos hidrofobos ligadas a un grupo de cabeza hidrofiloque
contiene fosfato. debido a que sus colas de acidos grasos son
escasamente solubles en agua, los fosfolipidos forman bicapas
espontaneamente en soluciones acuosas, con las colas hidrofobas
enterradas en el interioir de la membrana y los grupos polares de cabeza
expuestos en ambos lados en contacto con el agua, dichas bicapas
fosfolipidicas forman una barrera estable entre dos compartimientos
acuosos y representan la estructura basica de todas las membranas
biologicas.
Ilustración 2. Estructura de la bicapa de lípidos
Las proteínas, son el otro constituyente principal de las membranas
celulares. el modelo actual de la estructura de la membrana las muestra como un
mosaico fluido en la que las proteínas están insertadas en una bicapa lipídica,
mientras los fosfolípidos proporcionan la organización estructural básica de
las membranas, las proteínas de membranas desempeñan las funciones específicas
de las diferentes membranas de la célula. Estas proteínas se dividen en dos
tipos generales basándose en la naturaleza de su asociación con la membrana. (Las
proteínas integrales de membrana) están ubicadas directamente dentro de la
bicapa lipídica, (las proteínas periféricas de membrana) no están insertadas en
la bicapa lipídica, pero están asociadas con la membrana indirectamente,
generalmente a través de interacciones con las proteínas integrales de membrana
y (proteínas trans-membrana) atraviesan la bicapa lipídica con partes
expuestas en ambos lados de la membrana. Las proteínas que atraviesa la
membrana son habitualmente regiones helicoidales de entre 20 a 25 aminoácidos
no polares.
Ilustración 3. Estructura de las proteinas
TRANSPORTE A TRAVÉS DE MEMBRANAS CELULARES
La permeabilidad selectiva de las
membranas biológicas a las moléculas pequeñas, permite a la célula controlar y
mantener su composición interna. Solo las moléculas pequeñas no cargadas pueden
difundir libremente a través de las bicapas de fosfolípidos. Las moléculas pequeñas
no polares como el oxígeno y el dióxido de carbono son solubles en la bicapa lipídica
y por tanto pueden cruzar fácilmente las membranas celulares. Las moléculas
polares pequeñas no cargadas, como el agua, también pueden difundir a través de
las membranas, pero moléculas no cargadas mayores, como la glucosa, no pueden. Las
moléculas cargadas como los iones son incapaces de difundir a través de una
bicapa de fosfolípidos independientemente de su tamaño.
Las moléculas
pasan a través de las membranas gracias a la actuación de proteínas específicas
trans-membrana, que actúan como transportadores, estas proteínas de transporte
determinan la permeabilidad selectiva de las membranas celulares y de este modo
desempeñan un papel crucial en la función de la membrana. Contiene múltiples
regiones que atraviesan la membrana formando un conducto a través de la bicapa lipídica,
permitiendo que moléculas polares o cargadas atraviesen la membrana por un poro
proteínico sin interaccionar con las cadenas hidrófobas de ácidos grasos de los
fosfolípidos de membrana.
Hay dos tipos de proteínas
de transporte de membrana: los canales proteínicos forman poros abiertos a través
de la membrana, permitiendo libremente el paso de cualquier molécula del tamaño
adecuado. Los canales iónicos, permiten el paso de iones inorgánicos como
(sodio, potasio, calcio, cloro) a través de la membrana plasmática. Los poros
formados por estos canales proteínicos no están permanente abiertos, más bien
pueden ser abiertos o cerrados selectiva-mente en respuesta a señales extra-celulares, permitiendo a la célula controlar el movimiento de iones a través
de la membrana. En contraste con los canales proteínicos, las proteínas
transportadoras unen y transportan selectiva-mente moléculas pequeñas específicas,
como la glucosa. En vez de formar canales abiertos, las proteínas de transporte
actúan como enzimas para facilitar el paso de moléculas específicas a través
de las membranas. En particular, las proteínas de transporte unen moléculas específicas
y después experimentan cambios conformacionales que abren canales a través de
los cuales la molécula que será transportada puede pasar a través de la
membrana y ser liberada en el otro lado.
Ilustración 4. Mecanismo de transporte de sustancias
El proceso de transporte es importante para la célula porque le permite
expulsar de su interior los desechos del metabolismo y adquirir nutrientes,
gracias a la capacidad de la membrana celular de permitir el paso o salida de
manera selectiva de algunas sustancias. Las vías de transporte a través de la
membrana celular y los mecanismos básicos para las moléculas de pequeño tamaño son:
TRANSPORTE PASIVO
Se define como el movimiento libre de moléculas a través de
la membrana a favor de un gradiente de concentración. Este transporte se
produce por difusión pasiva y se produce de dos maneras:
Por disolución en la capa lipídica (sustancias
lipo-solubles).
Por los poros polares de la membrana (sustancias
hidro-solubles).
Ósmosis:
La ósmosis es un tipo especial de transporte
pasivo en el cual sólo las moléculas de agua son transportadas a través de la
membrana. El movimiento de agua se realiza desde un punto en que hay menor
concentración a uno de mayor para igualar concentraciones. De acuerdo al medio
en que se encuentre una célula, la ósmosis varía. La función de la ósmosis es
mantener hidratada a la membrana celular. Dicho proceso no requiere gasto de energía. En otras palabras la ósmosis u ósmosis es un fenómeno consistente en
el paso del solvente de una disolución desde una zona de baja concentración de
soluto a una de alta concentración del soluto, separadas por una membrana
semipermeable.
TRANSPORTE ACTIVO
En transporte activo se realiza a expensas de un gradiente
de H+ (potencial electroquímico de protones) previamente creado a ambos lados
de la membrana, por procesos de respiración y fotosíntesis; por hidrólisis de
ATP mediante ATP hidrolasas de membrana. El transporte activo varía la
concentración intracelular y ello da lugar un nuevo movimiento osmótico de
rebalanceo por hidratación. Los sistemas de transporte activo son los más
abundantes entre las bacterias, y se han seleccionado evolutivamente debido a
que en sus medios naturales la mayoría de los procariotas se encuentran de forma
permanente o transitoria con una baja concentración de nutrientes. Los sistemas
de transporte activo están basados en permeasas específicas e inducibles. El
modo en que se acopla la energía metabólica con el transporte del soluto aún no
está dilucidado, pero en general se maneja la hipótesis de que las permeasas,
una vez captado el sustrato con gran afinidad, experimentan un cambio
conformacional dependiente de energía que les hace perder dicha afinidad, lo
que supone la liberación de la sustancia al interior celular. El transporte
activo de moléculas a través de la membrana celular se realiza en dirección
ascendente o en contra de un gradiente de concentración (Gradiente químico) o
en contra un gradiente eléctrico de presión (gradiente electroquímico), es
decir, es el paso de sustancias desde un medio poco concentrado a un medio muy
concentrado. Para desplazar estas sustancias contra corriente es necesario el
aporte de energía procedente del ATP. Las proteínas portadoras del transporte
activo poseen actividad ATPasa, que significa que pueden escindir el ATP
(Adenosin Tri Fosfato) para formar ADP (dos Fosfatos) o AMP (un Fosfato) con
liberación de energía de los enlaces fosfato de alta energía. Comúnmente se
observan tres tipos de transportadores: Uniportadores: son proteínas que
transportan una molécula en un solo sentido a través de la membrana.
Antiportadores: incluyen proteínas que transportan una sustancia en un sentido
mientras que simultáneamente transportan otra en sentido opuesto.
Simportadores: son proteínas que transportan una sustancia junto con otra,
frecuentemente un protón (H+).
Como ejemplo de transporte activo, en la célula existe un
mecanismo conocido como bomba de Na+ -K+ que mantiene las concentraciones
adecuadas de sodio y potasio en la célula, en contra de su gradiente de
concentración y/o eléctrico. Este mecanismo de transporte es muy importante
para el correcto funcionamiento celular, ya que permite regular las
concentraciones de iones en la célula, la carga eléctrica y el mantenimiento
del potencial de la membrana, entre otros aspectos. Exocitosis:
La exocitosis es el proceso celular por el cual las
vesículas situadas en el citoplasma se fusionan con la membrana citoplasmática,
liberando su contenido. La exocitosis se observa en muy diversas células
secretoras, tanto en la función de excreción como en la función endocrina.
También interviene la exocitosis en la secreción de un neurotransmisor a la
brecha sináptica, para posibilitar la propagación del impulso nervioso entre
neuronas. La secreción química desencadena una despolarización del potencial de
membrana, desde el axón de la célula emisora hacia la dendrita (u otra parte)
de la célula receptora. Este neurotransmisor será luego recuperado por
endocitosis para ser reutilizado. Sin este proceso, se produciría un fracaso en
la transmisión del impulso nervioso entre neuronas. Este proceso, hace parte de
la formación de Estalagmitas
ENDOCITOSIS
La endocitosis es el proceso celular, por el que la célula
mueve hacia su interior moléculas grandes o partículas, englobándolas en una
invaginación de su membrana citoplasmática, formando una vesícula que luego se
desprende de la pared celular y se incorpora al citoplasma. Esta vesícula,
llamada endosoma, luego se fusiona con un lisosoma que realizará la digestión
del contenido vesicular. Existen dos procesos:
Pinocitosis:
La pinocitosis es un proceso que consiste en la
incorporación de proteínas y otras sustancias solubles en vesículas con un alto
contenido de agua.
Fagocitosis:
Es el mecanismo de endocitosis que se produce cuando se
engloban sustancias de tamaño relativamente grandes como bacterias, polvo
atmosférico, partículas virales y cuerpos extraños. Además constituye un
mecanismo de defensa cuando es desarrollada por los leucocitos de la sangre, o
una forma de nutrición, como en el caso de algunos protistas.
Endocitosis mediada por receptor o ligando: es
de tipo específica, captura macromoléculas específicas del ambiente, fijándose
a través de proteínas ubicadas en la membrana plasmática (especificas). Una vez
que se unen a dicho receptor, forman las vesículas y las transportan al
interior de la célula. La endocitosis mediada por receptor resulta ser un
proceso rápido y eficiente.
Video 1.Mecanismo de transporte Activo y Pasivo
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