13 Teo_Celular
Anuncio
15 Biología TEMA 2. MORFOLOGÍA Y ESTRUCTURA CELULAR 1. TEORÍA CELULAR. LA QUÍMICA DE LA CÉLULA 1.1. ENLACES QUÍMICOS (ver apuntes) 1.2. IMPORTANCIA DEL CARBONO El C tiene la capacidad de formar largas cadenas lineales o ramificadas, también puede forma un anillo uniendo sus extremos. Esto permite una gran cantidad de elementos. La presencia de C asimétricos (estereoisómeros o enantiómeros), es otra fuente de variabilidad. El C puede unirse a distintos elementos: COMPUESTOS C-O Hidróxilo OH Carbonilo CO Carbóxilo COOH Compuestos C – N (aminas, amidas, compuestos cíclicos bases nitrogenadas) Fosfatos. 1.3. IMPORTANCIA DEL AGUA (ver apuntes). (Solvente, cohesividad, capacidad estabilizadora de la temperatura). 1.4. IMPORTANCIA DE MEMBRANAS CON PERMEABILIDAD SELECTIVA. 1.5. IMPORTANCIA DE LA SINTESIS POR POLIMERIZACIÓN DE MOLÉCULAS PEQUEÑAS (monómeros). Hay dos formas de cómo los monómeros se unen: la polimerización simultánea y la polimerización de monómeros paso por paso. Esto último es lo que más ocurre. Necesitan de sistemas enzimáticos y energía, aportada por el ATP. Antes de unirse, los monómeros deben están activados, o sea, con grupos de energía fosfato. Polimerización a partir de la cola: € -€ -€ -€ -€ ~6 € ~7 € -€ -€ -€ -€ -€ ~7 Polimerización a partir del monómero: 1~€ -€ -€ -€ -€ 7~€ 1~€ -€ -€ -€ -€ -€ La polimerización de nucleótidos no necesita estar activada, porque ellos de por sí están activados por su grupo fosfato. 1.6. IMPORTANCIA DEL AUTOENSAMBLAJE. Cada polímero adopta una determinada ubicación de acuerdo a sus propiedades, por ejemplo, la bicapa lipídica. Esto va por niveles: Nivel 1: ácidos nucleicos glucosa aminoácidos Nivel 2: ADN celulosa cadenas Nivel 3: cromosoma tejidos proteínas Nivel 4: célula célula célula Biología 1.7. FORMAS DE NUTRICIÓN 16 A) HETERÓTROFOS: aquí tenemos a los holótrofos (similar a la fagositosis), parásitos (algunos son parásitos obligados) y a los saprófitos (utilizan los nutrientes en procesos de degradación, como los hongos). Aquí no hay nueva producción, sólo reciclaje. Muchos organismos se quedaron en esto, ente ellos el hombre. B) AUTÓTROFOS: organismos que comienzan a producir su alimento. QUIMISINTETIZADORES: esta forma estaba condicionada a la existencia de materiales en el entorno en que se encuentra. FOTOSINTETIZADORES: aparición de una molécula capaz de captar la energía solar y canalizarla en la producción. Como utilizan fuentes inagotables: el sol y el agua, su éxito fue máximo. En la fotosíntesis también se produce ATP. Esto hizo cambiar la atmósfera, por la producción de oxígeno: cambio de reductora a occidante. Este cambio fue muy nocivo para algunos microorganismos existentes. 1.8. ORIGEN DE LA MEMBRANA CELULAR. Una diferencia importante entre la célula procariótica y la eucariótica, es la presencia en esta última de un compartimento, separado por una membrana, donde se contiene el núcleo. La pregunta es de dónde se origina esta membrana. La teoría AUTÓGENA afirma que se autogeneró: la membrana podía plegarse hacia su interior y luego cortarse y formar estructuras, e incluso la envoltura nuclear. Hay una teoría XENÓGENA, que sostiene un origen externo, también conocida como endosimbiosis, a partir de las mitocondrias y cloroplastos, que tienen dos membranas. Un organismo holótrofo lo incorpora a otro, quedando de dos membranas. Esto está fundamentado en que las mitocodria tiene su propio ADN y ribosomas, por tanto, debe haber ARN mensajero. La pregunta es cuál era ese holótrofo. En ambientes muy calientes y muy fríos (extremófilos), también en las surgencias termales (salida de marma al mar) se encontraron bacterias, llamadas archibacterias: tienen una pared deformable, por tanto pueden hacer fagositosis; tienen cromosomas múltiples (no sólo uno circular, llamados plásmidos o plasmidios, también tienen trozos de ADN. Aquí se puede encontrar ADN repetido, el cual se encuentra en las células eucarióticas, también tienen moléculas muy parecidas a las cromátidas. 17 Biología 2. TEORIA CELULAR. La teoría celular es consecuencia del desarrollo, en el s. XVII de las lentes ópticas (resolución microscopio de luz: 2000 Å; del microscopio electrónico de transmisión, que atraviesa la muestra, 3 a 5 Å; electrónico de barrido o Scan, que rebota en la muestra, 200 Å). El nombre de células (kitos, célula y del latín cella, espacio vacío), fue empleado por primera vez por Robert Hooke (1655) para describir sus investigaciones sobre “la textura del corcho por medio de lentes de aumento”. En estas investigaciones sólo se examinaron las cavidades (“utrículos” o “vesículas”) de la pared celulósica. A principios del s. XIX se realizaron nuevas investigaciones que llevaron al botánico Schleiden (1838) y al zoólogo Schwann (1839) a formular la teoría celular de manera más definida. Luego del descubrimiento del núcleo en todas las células efectuado por Brown (1831) y de la descripción del contenido celular denominado protoplasma, el concepto de célula se transformo en el de una masa de protoplasma limitada en el espacio por una membrana celular y que posee un núcleo. El protoplasma que rodea al núcleo fue llamado citoplasma, para diferenciarlo del carioplasma o protoplasma del núcleo. En 1855 Rudolph Virchow amplió la teoría celular al expresar en su famoso atorismo omnis cellulae e cellula (todas las células se originan en células preexistentes), estableciendo la división celular como el fenómeno central en la reproducción de los organismos. En 1880 August Weismann añadió: “Todas las células que existen actualmente tienen sus orígenes en tiempos ancestrales”. A forma moderna dice: Célula unidad funcional: las reacciones químicas del organismo vivo, incluso los procesos de energía, se producen al interior de la célula. Célula unidad morfológica: la materia viva está formada por Célula. Célula unidad de herencia: 3. CELULAS EUCARIONTES Y PROCARIONTES (Ver cuadro “Diferencias más importantes entre procariontes y eucariontes"). COMENTARIOS: - Mitosis: también se llama carioquinesis (cario: núcleo; quinesis: movimiento). - Conjugación: unión de 2 bacterias, con intercambio de material genético. - Tisular: tejido. - Vacuolas y cloroplastos sólo están presentes en las células eucarióticas vegetales. - Las algas verdeazules tienen tiracoides: asociaciones de membrana donde se contiene la clorofila. - En las células vegetales encontramos los plástidos, que son organelos como los cromoplastos (color), leucoplastos (blanco), oleoplastos (otro), cloroplastos. - La vacuola regula la cantidad de agua en el citoplasma, regula la turgencia y tonicidad, por eso se llaman tonoplastos. - En las células humanas, las células hepáticas contienen todos los organelos, porque no están tan diferenciadas como las del músculo, por ejemplo. - Hablar de envoltura nuclear es más exacto que hablar de membrana nuclear. - En células vegetales no hay centríolos. - Si los organelos de una célula funcionan mal, la célula también. - Hipotónica: menor concentración de sal. Hipertónica: mayor concentración de sal (crenado). Isotónico. 18 Biología 4. MEMBRANA CELULAR. Para que las células se comuniquen entre sí hay puentes citoplasmáticos (plasmodesmos). Existen varias diferenciaciones que permiten relacionar la membrana con el ambiente externo: - Zona de contactos para cohesividad de tejidos. - Superficies de absorción con microvellosidades, y estas con epitelios. Para mantenerse erguidas están sostenidas por el citoesqueleto, es el glucocali o cubierta celular (que presenta prolongaciones como microvellosidades, cilios, flagelos o pseudópodos). Normalmente las células están separadas por 200 Å, donde se encuentra líquido extracelular. Las zonas de oclusión, o complejo de unión, son aquellas donde las células se unen para que allí no pase líquido porque no hay zonas especializadas para la absorción. Estas zonas de oclusión presentan zonas de adherencia y dermosomas (filamentos de queratina como verdaderas amarras), los cuales son más abundantes en las células que requieren gran cohesividad, como las de la piel. Lo que digamos de la membrana plasmática es aplicable en gran medida a las membranas de los organelos. Entre sus funciones podemos citar: Define límites de la célula. Controla movimientos hacia el exterior e interior, selectivamente, ya sea por simple difusión o contra gradiente. Detección de señales. Sirve de ubicación para funciones específicas. 4.1. HISTORIA En 1895 ya se sabía algo de la membrana. Se descubrió que las partículas liposolubles (no polares) penetraban con gran facilidad, igualmente las que eran de menor tamaño. Esto llevó a pensar que la membrana estaba formada por lípidos (1905). En 1925 se determinó que estaba formado por una bicapa lipídica, como los fosfolípidos, que tienen una región hidrofóbica y otra hidrofílica. Esta bicapa es continua. No siempre es plana, a veces forma una esfera, con una zona interna hidrofílica; es lo que se llama liposoma, una cápsula que dentro lleva y traslada sustancias al interior de la célula. Estudiando la tensión superficial, se descubrió que esta aumenta cuando hay proteínas. Así se descubrió que en la membrana hay proteínas en distintas proporciones de acuerdo a la función de la membrana. En un principio se pensó que las proteínas estaban al exterior de la bicapa lipídica, con algunos poros. Posteriormente se postuló que las proteínas estaban insertas dentro de la bicapa. SINGED Y NICOLSON postularon este modelo. Es el modelo de MOSAICO FLUÍDO. (Las células procariontes tienen una bicapa lipídica interna y otra externa, y un espacio ocupado por proteínas, hidratos de carbono y lípidos). 4.2. FOSFOLÍPIDOS. La bicapa es fluida, porque los fosfolípidos tienen movimiento de torsión o flexión, de rotación y de traslación. La presencia de enlaces dobles, de cadenas no saturadas hace que haya más espacio. Las cadenas más saturadas son más rígidas. También se encuentra en la membrana plasmática el colesterol. Este permite regular la fluidez en la membrana, ya que al aumentar la temperatura, el colesterol retiene los fosfolípidos (que tienden a solventarse), y al bajar la temperatura, impide que los fosfolípidos se unan más y aumenten su rigidez. 19 Biología 4.3. PROTEÍNAS. Están distribuidas en forma de mosaico. A veces se desplazan en la bicapa (desplazamiento dirigido y coordinado para captar la señal de alguna sustancia y/o nutriente) y pueden formar agrupaciones por regiones hidrofóbicas o hidrofílicas. Existen: - Proteínas periféricas, pueden ser glicoproteinas (proteínas con azúcares, normalmente oligosacáridos). Se pueden extraer con facilidad por medio de ultrasonido o movimiento. En ellas no hay uniones covalentes y están unidas por reacciones hidrofóbicas o iónicas a otras proteínas o a lípidos, tanto en la capa externa como en la interna. - Proteínas integrales. Para obtenerlas se necesita desorganizar la bicapa lipídica. - Proteínas transmembrana: poseen ambos extremos hidrofílicos y una zona central hidrofóbica. La zona que se encuentra en el interior de la membrana está dispuesta en forma de hélice. El grupo ámino se encuentra hacia afuera y el carbóxilo hacia adentro. Algunas proteínas pasan una o más veces por la membrana. Los oligosacáridos pueden estar unidos a las proteínas transmembranas o periféricas y a los lípidos, constituyendo el glucocalis. Los aminoglicósidos son disacáridos más complejos, que se unen a la proteína y forman los proteoglicanos (proteo: en la célula; glicano: hacia el exterior). Estos están formados por subunidades repetidas de azúcar (como N. Acetil glucosamina y N. Acetil galactosamina) y otra unidad amino (ácido idurónico, ácido glucurónice y galactosa) formando los glicoaminoglicósidos (GAG), estos, unidos a proteínas forman los proteoglicanos (como queratán sulfato, dermatán sulfato, neparán sulfato, ácido hialurónico). A veces los proteoglicanos se sueltan y forman unas microvellosidades (no formadas por glucocalis), son como gelatinas y permiten la viscosidad en las células unidas. Los proteoglicanos pueden estar unidos a la membrana o soltarse de ella. Normalmente células de distintas partes del cuerpo, al colocarlas en un mismo medio, no se mezclan porque sus membranas tienen compuestos distintos y se reconocen. (Heterocáreon (núcleos distintos), experimento donde células de ratón y humanas se unen). La membrana es asimétrica, la superficie externa es distinta de la interna: En la superficie interna existen proteínas periféricas. Los oligosacáridos están siempre en la parte externa. Las glicoproteínas se forman en el interior de la célula, en el retículo endoplásmico granuloso; de ahí pueden pasar a ser proteínas integrales de la membrana del retículo o pasar totalmente al lumen; en él se le agrega el oligosacárido vuelto hacia el lúmen; luego se forma una vesícula que se desplaza a la membrana, quedando el oligosacárido hacia fuera; por tanto, la simetría se determina en el retículo. También los fosfolípidos presentan una asimetría: algunos siempre están hacia afuera y otros siempre hacia dentro. 4.4. FUNCIONES DE LA MEMBRANA. a) LAS PROTEÍNAS SON RECEPTORAS Y TRANSPORTADORAS. Endocitosis: se incorporan sustancias. Exocitosis: salen sustancias. Hay que considerar el tamaño y la solubilidad de las partículas que van a entrar. Cuando son muy grandes y no pueden atravesar la membrana plasmática se recurre al transporte en bloque o masivo. En la PINOCITOSOS el material es finamente particulado o agua con sustancias disueltas. No hay discriminación respecto a la sustancia. Implica invaginación de la membrana, que después se cierra. Hay otras endocitosos mediadas por receptores, por lo que son discriminativas. Las células endoteliales aprovechan los elementos de los capilares por medio de pinocitosis; aunque emitan seudópodos se habla 20 Biología de pinocitosis porque el material absorbido es pequeño; esta vesícula de pinocitosis puede dividirse en varias o fusionarse con otras para constituir reservas. En la FAGOCITOSIS ingresan grandes moléculas, incluso células. Para ello emiten seudópodos hasta que el material queda encerrado en una vesícula. Se suceden los siguientes hechos: deformaciones en superficies, hendiduras, formación de suedópodos. En ambas se lleva una porción del ambiente externo, pero no forma parte de la estructura celular. Este material debe ser degradado en las vacuólas de digestión para posteriormente incorporarse al citoplasma. En el transporte pasan del exterior al interior, o del interior de una vesícula al citoplasma. Esto requiere del reconocimiento de receptores. Ambos procesos implican ruptura y fusión de la membrana. Este constante movimiento de la membrana también se verifica en: Citosinosis o citodiéresis: ruptura del citoplasma, parecido a la yemación, donde una célula queda con todo el citoplasma (ovulación). Unión de células: como las células musculares estriadas, que tienen varios núcleos. Endocitosis: invaginación y formación de vesícula de digestión. Fagocitosis. Exocitosis. En las ENDOCITOSIS MEDIADAS POR RECEPTORES, una LDL (lipoproteína de baja densidad) tiene en su interior esteres de colesterol y en el exterior una cubierta de fosfolípidos y proteínas específicas. Estas últimas, llamadas ligando, son reconocidas por el receptor. Se forma una vesícula rodeada por la proteína clatrina, formando un canasto; por tanto se forma una hendidura cubierta y una vesícula cubierta. La clatrina ayuda a la incorporación y luego se suelta. La vesícula se une a un endosoma y forma una vacuola digestiva. Los materiales degradados pueden traspasar las células e incorporarse al citoplasma o ser enviadas al torrente sanguíneo. Entre el receptor y el ligando hay una proteína, la adaptina. Estos procesos pueden ser alterados y llevar a una patología. Esto sucede cuando el complejo adaptina y clatrina no se une al receptor; entonces se acumula la LDL y no se metaboliza, por ejemplo, el colesterol. Algunos virus se rodean de una capa de proteínas, que es reconocida por el receptor. La partícula viral produce réplicas de su ARN y una capa proteica. b) PERMEABILIDAD EN LAS MEMBRANAS. Por medio de la membrana entran y/o salen de la célula moléculas hidrofílicas como O2, N2 y benceno, pequeñas moléculas sin carga y polares: H2O, urea, glicerol, CO2, etanol, grandes partículas polares, como glucosa; e iones, como K+, Mg+, Ca+. Esto se realiza a través de los siguientes mecanismos: DIFUSION FACILITADA O TRANSPORTE PASIVO: de mayor a menor concentración, donde el soluto disuelve al solvente. Es un proceso de interpenetración. Por medio de proteínas transportadoras (carrier), o canal proteico (como reloj de arena por donde pasan sustancias específicas). Si pasa un ión, siempre a favor de un gradiente (por tanto, sin energía), se llamará canal iónico. En el caso de las proteínas transportadoras, que suelen llamarse permeasa (asa: enzima, porque tienen un comportamiento parecido al de las enzimas), estas se abren al exterior y recibe sustancias en sitios específicos, luego se da vuelta y se abre al interior; tampoco hay consumo de energía, porque es a favor de gradiente. TRANSPORTE ACTIVO: cuando las sustancias son llevadas contra gradiente, por tanto, con consumo de energía. Las proteínas que realizan este transporte también presenta sitios de unión. Estas proteínas se clasifican como sigue: Unitransporte: proteína que transporta solo una sustancia hacia uno y otro lado. Cotransporte: proteína que puede desplazar en el mismo sentido dos sustancias. 21 Biología Antitransporte: proteína que transporta una sustancia en un sentido y otra en el otro. Por ejemplo: el Na+ facilita que se incorpore a los sitios específicos de la proteína carrier glucosa; al abrirse por dentro la proteína, se libera el Na+ y se pierden las afinidades de la glucosa con la proteína y se libera. La bomba sodio-potasio se encarga de liberar Na+. En la membrana hay una diferencia de potencial: dentro hay menor cantidad de iones positivos que en el exterior (no es que haya energía negativa). El ión K+ se encuentra más concentrado dentro de la célula que fuera. El ión Na+ se encuentra más concentrado fuera que dentro. Una aplicación de esto se presenta en las células del intestino. La glucosa se concentra en la célula, siendo su concentración mayor en el interior que en la parte vasal; así pasa la glucosa al torrente sanguíneo a favor de una gradiente. Se consume energía cuando el sodio es sacado de la célula y se incorpora potasio. BOMBA SODIO POTASIO: proteínas transmembranas que por fuera tienen oligoproteínas. En el interior existen sitios específicos para ATP (que por medio de hidrólisis se transforma en ADP+P; a veces se une al ATP un sustrato, con un grupo fosfato unido a la molécula). En estas proteínas hay sitio para 3 iones de Na+; al otro lado hay sitios de unión para 2 potasios. Gracias al ATP se llevan ambos iones contra gradiente. Hay muchos trastornos patológicos que se originan por falla en los canales de concentración, como la fibrosis quística. 22 Biología 5. SISTEMA ENDOMEMBRANOSO. O sistema de membranas intracitoplasmáticas. Aquí consideramos: Retículo endoplásmico rugoso. Retículo endoplásmico liso. Aparato de golgi. Envoltura nuclear. Morfológicamente existen 3 elementos componentes de este sistema endomembranoso: Vesículas. Cisternas (sacos aplanados con tubos de contacto). Túbulos (anastomosados: comunicados entre sí). 5.1. RETICULO ENDOPLASMICO LISO (REL). Carece de ribosomas. Presenta gran desarrollo en las fibras musculares estriadas, donde se llama retículo sarcoplásmico. Es el principal depósito de Ca+. La concentración de este ion es menor en el citosol que en el REL y en el exterior, Para ello en el REL y en la membrana plasmática hay bombas de Ca + (ión que regula muchas funciones celulares). El regreso lo hace por canales iónicos. En los músculos estos se activan con el cambio de potencial de membrana. El REL cumple funciones especiales en algunos tipos de células: Síntesis de esteroides: en gónadas (células de Leydig) y corteza de las glándulas suprarrenales. Síntesis de lipoproteínas: en las células del hígado. En la sangre los lípidos circulan asociados a proteínas. Defosforilación de Glucosa 6-fosfato: la enzima glucosa 6-fosfatasa se encuentra en las membranas del REL: Glicógeno Glucosa 1-fosfato glucosa 6-fosfato + H2O Glucosa + Pi Glicógeno fosforilaza fosfoglucomutasa glucosa 6-fosfatasa Detoxificación: contiene en las membranas enzimas que neutralizan sustancias tóxicas, derivadas del metabolismo normal o provenientes del exterior. Ej. Barbitúricos, antibióticos, narcóticos, esteroides, anticoagulantes. Sustrato-H + O2 + NADPH2 Sustrato-OH + H2O + NADP monooxidasas 5.2. RETICULO ENDOPLASMICO RUGOSO. Está formado por gránulos y cisternas muy comunicadas entre sí, porque a mayor contacto, mayor superficie. Se continúa en la envoltura nuclear. Se encuentra muy desarrollado en las células que sintetizan proteínas, por tanto, posee ribosomas. Su función es la síntesis de proteínas, las que serán usadas, en su mayoría, fuera de la célula, como los neurotransmisores, que posteriormente son exocitados y actúan como mensajeros a otras células. Las proteínas que se ocupan dentro de la célula (intracitoplasmáticas) se producen en ribosomas no asociados a membranas reticulares (ribosomas libres). Las células plasmáticas, que pertenecen al sistema inmune, derivan de linfocitos B y sintetizan gran cantidad de proteínas, como inmunoglobinas. 5.3. APARATO DE GOLGI. Formado por cisternas aplanadas, unas sobre otras. Alrededor de ellas se encuentran gran cantidad de vesículas de distintos tamaños, es lo que se llama DICTIOSOMA, unidad estructural del Golgi. Algunos de los bordes poseen dilataciones, indicio de la formación de vesículas, que salen y entran del Golgi permanentemente. Posee gránulos de secreción, ubicados en un ápice, en una zona del Golgi. 23 Biología En las células vegetales, la celulosa, componente de la pared celular, es producida por el Golgi. En las células pancreáticas el Golgi secreta hacia un lumen, cimógeno, generador de enzimas previas o proenzimas. El Golgi está formado por las siguientes partes: Región de llegada o Cis, mirando a la célula. Forma la red Cis del Golgi, espacio continuo que constituye la llamada cisterna cis. Región de salida o maduración o trans, cuya red constituye la llamada cisterna trans. De toda la superficie de la red trans salen vesículas. Una o más cisternas mediales. Se necesitan como mínimo, una cisterna cis, una trans y una intermedia. 5.4. ENVOLTURA NUCLEAR. La cisterna del retículo endoplásmico se continúa en la envoltura nuclear, por tanto, es una cisterna que envuelve el material genético. En la membrana citosólica existen ribosomas que producen proteínas; tiene unos poros donde están los ribosomas. Estas proteínas que regulan el paso de sustancias es lo que se llama complejo de poro. Debajo de la membrana interna existe un entramado nuclear, que constituye el esqueleto o núcleo esqueleto nuclear, formado por proteínas. De la envoltura nuclear salen: ARNm y ARNt, ribosomas (que se sintetizan en el nucleolo). Los ARN son transportados del núcleo al citoplasma por un grupo de proteínas. En el citoplasma hay otras proteínas que lo llevan a los ribosomas; cuando llega el ARN comienza la traducción. 5.5. ROL FUNCIONAL. En la célula hay una polaridad: por un lado entran aminoácidos, pasan al retículo, al Golgi y se almacenan en vesículas para ser liberados. Esto se pudo verificar en un experimento radioactivo, donde se marco con tritio H3 (hisotopo radioactivo) el aminoácido leucina (quedando esta triteada). Tomando el pulso radioactivo a los 117 minutos, se comprobó que las marcas estaban en los gránulos de secreción. Para marcar el ADN se marca la timina (timina tripeada); para marcar el ARN se marca el uracilo (uracilo tripeado). En la exocitosis las vesículas se fusionan con la membrana, o entre sí, y salen al exterior. También entran componentes monosacáridos (galactosa, glucosa), que forman las glucoproteínas, al citoplasma. DESPLAZAMIENTO DE PROTEÍNAS. Los ribosomas, compuestos de una subunidad mayor y otra menor, al llegar los ARNm, en un tripete de iniciación comienza a crecer la cadena polipeptídica por enlaces peptídicos, hasta que el codón de término indica el final de la cadena. Luego las subunidades se separan. Esto puede ocurrir con polirribosomas. (ver fotocopias) Lo primero que se sintetiza es una pequeña cadena peptido de señal, que reconoce puntos específicos del retículo granuloso. En el citoplasma hay una proteína péptido reconocedora de señal (PRS) que va al ribosoma. En el retículo endoplásmico hay una proteína que sujeta al ribosoma, llamada riboforina. Luego el PRS se suelta y se inicia la síntesis de la proteína. Se produce un complejo proteico translocón, que produce la traslocación de la proteína del citoplasma al lumen del retículo. Se pueden presentar los siguientes casos: El péptido de señal queda unido en el traslocón, al final una enzima rompe y separa el péptido de señal de la proteína. El NH2 queda hacia el interior. Finalmente aparece un último codón, que indica el fin de la cadena, es un grupo COOH. Proteína de un paso: la proteína no es traslocada totalmente y queda formando parte de la membrana. En este caso, aparece una señal de anclaje (el péptido de señal se transforma en señal de anclaje) que 24 Biología reconoce regiones de la bicapa lipídica y se ancla ahí. Esta proteína quedará con su grupo COOH hacia el exterior y el NH2 hacia dentro, que es lo más común. Otra posibilidad es que el péptido de señal esté en la mitad de la cadena, transformándose en señal de anclaje. Esta proteína tiene el grupo COOH en el interior y el NH2 hacia el exterior. Proteínas de bipaso en la membrana del RER. Los dos extremos COOH y NH2 quedan al exterior. Proteínas multipaso: para esto se necesitan varias señales de anclaje, menos una, como pasos hay. Estas proteínas pueden ser canales iónicos, proteínas carrier, bombas. Estas proteínas luego van a ser desplazadas a la membrana plasmática. Los oligosacáridos se agregan en el lumen del RER, es lo que se llama glicosidación. El oligosacárido está unido a un grupo lípido de membrana: idocol fosfato; el oligosacárido tiene 14 unidades de azúcares, una enzima (oligosacarin transferasa) transfiere el oligosacárido a la proteína que se está formando, lo agrega siempre en el mismo aminoácido: asparragina. Así la proteína se transforma en glicoproteína, la que puede pasar a ser glicoproteína de membrana. Las proteínas traslocadas deben pasar por el plegamiento. Las chaperonas (HSP 70, HSP 50 HSP 30 heat shock proteina) les dan el plegamiento o configuración tridimensional respectivo. Las chaperonas impiden la desnaturalización de las proteínas por aumento de temperatura. Luego las proteínas llegan a una región cercana al aparato de Golgi, a las vesículas de transición, pasan por el Golgi, donde sufren una serie de transformaciones (esto se compara con una fábrica): en el cis se agrega fosfato a las proteínas lisosomales, para producir proteínas hidrolíticas, luego hay remoción de manosas (las manosas 6-fosfato retiene a las proteínas hidrolíticas); en la cisterna central se agrega n-acetil-glucosamina; en la región trans se agrega galactosa y el nana (n-acetil-nuelamínico). Finalmente la proteína se destina a: Vesícula de secreción. Vesícula de proteínas de membrana. Vesículas de proteínas hidrolíticas (que formarán lisosomas). Como continuamente se está gastando membrana del RER, existen vesículas que vuelven del Golgi al RER. Estas vesículas se desplazan por verdaderos caminos, gracias a los microtúbulos del citoesqueleto, en donde se ancla y rueda la vesícula. La producción de la red trans puede ser continua o facultativa (de acuerdo a la necesidad), en este último caso se realizan acopios en vesículas de secreción, para usarlas cuando sea necesario. En el desplazamiento de las proteínas del RER hacia su final se dan los siguientes casos: Secreción constitutiva: es constante, por lo que no alcanza a desarrollar grandes gránulos. En la secreción regulada se acumulan las proteínas hasta que llega una señal (hormona o neurotransmisor). También hay proteínas residentes dentro del RER o del Golgi (como las chaperonas o enzimas). En la membrana del RER hay receptores para proteínas residentes; pasan las proteínas que serán segregadas y las residentes, al llegar al Golgi el receptor de proteínas residentes las reconoce y vuelve con ellas en vesículas al RER; estas proteínas pueden incluso llegar a la región trans. Algunas vesículas salen a endosomas tardíos, el que luego se transforma en lisosoma. 25 Biología 6. SISTEMA VACUOLAR. 6.1. LISOSOMAS. En un principio se sabía que había enzimas hidrolíticas que facilitaban la hidrólisis. En los lisosomas hay enzimas hidrolíticas, como fosfatasas ácidas, fosfodiesterasa ácida, nucleasas (ribonucleasa y desoxiribonucleasa) proteasas, glicosidasas, lipasas, sulfatasas, fosfolipasas. Estas enzimas se activan a pH muy bajo: pH 5 (el normal es 7,2), por lo que existen bombas de protones, que cambian la acidez al interior del lisosoma. Al microscopio se ven como cuerpos muy densos. En ellos se puede digerir: Material exógeno: fagocitosis, endocitosis, pinocitosis. Material endógeno: recambio controlado, autofagia regulada (la apoptosis es un proceso de muerte celular, pero de forma controlada, como la de los renacuajos al reabsorber la cola). Digestión extracelular: los lisosomas se vacían al exterior. Autolisis: cuando la célula se necrosa; este es un proceso de muerte celular incontrolada. Se llega a un cuerpo residual, que puede ser exocitado (excreción) si se puede; si no hay espacio, se van acumulando al interior de la célula. La vacuola se fusiona con un endosoma temprano, el lisosoma primario, que recibe las vesículas que tienen proteínas hidrolíticas y que vienen del Golgi; así se forma el lisosoma. En la fagocitosis, se fusiona directamente al lisosoma. Los lisosomas primarios son aquellos que aun no se han fusionado con el material hidrolítco; los secundarios también se llaman vacuolas digestivas. Cuando la proteína pasa por el Golgi, se une a proteínas de membrana receptoras a la manosa 6fosfato; la vesícula que se forma se cubre con clatrina. Este protolisosoma va a asociarse con un endosoma tardío. En el endosoma existe una bomba de protones, que hace bajar el pH. Cuando el pH es 6, la enzima hidrolítica se separa del receptor y se remueve el grupo fosfato, quedando la hidrolasa lista para actuar. Así tenemos un lisosoma primario, en condiciones de fusionarse con una vesícula de endocitosis y transformarse en vacuola digestiva. El receptor de manosa 6-fosfato vuelve al Golgi. El material hidrolítico sale por la zona apical. Por los lados no, porque está unido íntimamente a otra célula, incluso hay proteínas distintas. Pero a veces salen mezcladas proteínas apicales y laterales, las que van al endosoma, previo paso por la membrana lateral; el endosoma lleva luego a las apicales a su lugar. El endosoma inicialmente es una membrana con una bomba de protones; luego se transforma en lisosoma primario. Al fusionarse el receptor del ligando de una endocitosis, el material es reciclado. A veces hay endosomas primarios que se encuentran cerca de la membrana y acopian endocitosis (material de la zona vaso lateral o de la zona apical), los cuales son distintos de los endosomas secundarios (que recibe las proteínas hidrolíticas). Al iniciar la digestión se convierte en lisosoma o vacuola digestiva. 26 Biología 7. MITOCONDRIAS. Son enzimas trasductoras de energía en los cuales la energía química contenida en los alimentos se convierte en uniones de alta energía (ATP) por medio de la oxidación fosforilaza. Su nombre viene de mito: filamentos y condro, gránulos. 7.1. ESTRUCTURA. La mitocondria está rodeada por una membrana lisa externa de alrededor de 6 nm (que contiene amino oxidasas). Dentro de ella, y separada por un espacio aproximado de 6 a 8 nm (donde hay quinasas, enzimas que a un sustrato le agregan un grupo fosfato o energía, como la glucoquinasa), existe una membrana interna (componentes eléctricos, deshidrogenasas) que envía hacia el interior de la cavidad mitocondrial pliegues complejos denominados crestas mitocondriales. La membrana interna plegada forma crestas tubulares. Todas las prolongaciones salen de la membrana interna y no llegan al otro lado. La membrana interna divide a la mitocondria en dos cámaras: la cámara externa, entre las dos membranas, que limita el espacio intermembranoso que se continúa en el intercrestal; y la cámara interna, llamada matriz mitocondrial (algunas enzimas solubles del ciclo de Krebs), dentro de la cual hay pequeños ribosomas y un ADN circular (si hay ADN mitocondrial, hay ARN y ribosomas). En la membrana interna se encuentran las partículas F1 (factor de acoplamiento), encargadas de unir al ADP un fosfato (fosforilación del ADP); la disposición asimétrica de las F1 está relacionada con la dirección de la bomba de protones. Las mitocondrias suelen entrar en relación con gotas de lípidos, lo que sugiere un activo proceso de utilización de los lípidos. Las mitocondrias se dividen (duplicación del ADN mitocondrial); a partir de una, se pueden formar 4, cuando la célula se ha dividido, para recuperar el número de mitocondrias por célula. 7.2. TIPOS DE MITOCONDRIAS. Mitocondrias grandes y largas, con muchas crestas, por tanto, intensa productividad de ATP. Mitocondria común. Mitocondria con crestas plegadas: se encuentran en los músculos de insecto. Mitocondrias con pocas crestas, células como levaduras, anaeróbicas, poco consumo de energía. 7.3. ACTIVIDAD MITOCONDRIAL. El único combustible necesario para esta maquinaria química es el fosfato y el adenosindifosfato, y los principales productos son el ATP, CO2 y H2O. Es importante la función de la coenzima A (CoA), derivada de un nucleósido (adenina D-ribosa). Otras coenzimas mitocondriales son nicotidamina adenina-dinucleótido (NAD) y flavina adenina-dinucleótido (FAD). El ciclo de Krebs, también denominado ciclo de ácido tricarboxilo o ciclo del ácido cítrico, tiene lugar en la matriz mitocondrial. En un primer paso, es una vía común para la degradación de las moléculas combustibles (hidratos de carbono, ácidos grasos, aminoácidos). En el citoplasma celular estas sustancias son modificadas metabólicamente. Todos convergen en el Acetil CoA; los aminoácidos entran en diferentes puntos. En la última etapa se produce agua, para lo cual se necesita oxígeno, por eso es respiración aeróbica. Biología 27 En este proceso se piden prestado 2 ATP. Pero las dos triosas producen 4 ATP, por lo que la ganancia neta es de 2 ATP y 2 NADH2. Este ácido pirúvico se carboxila y transforma en acetil CoA, que participa en la siguiente etapa del ciclo de Krebs. En la decarboxilación produce en cada vuelta 4 pares de átomos de hidrógeno por deshidrogenación enzimática y 2 CO2 son liberados. Estos átomos de hidrógeno entran en la cadena respiratoria y son aceptadas por el NAD (6 NADH2) y el FAD (2 FADH2). El NAD entrega sus hidrógenos en la membrana interna, los que son ionizados, separando en ellos protones y electrones. Los protones son entregados al exterior, los electrones se unen a protones de membrana, luego pasan al oxígeno, formando O-2, que se puede unir a dos moléculas de hidrógeno. El espacio intermembranoso se carga positivamente, produciéndose un gradiente que tiende a volver a la matriz, lo que hace a través de un canal de protones. El factor F1, llamado acoplan, porque acopla las reacciones de fosforilación formando ATP, es el encargado de que al pasar los protones por un canal proteico, se produce la fosforilación de ADP + P. Para ello deben haber canales especiales que permitan entrar rápido ADP+P y que permitan salir ATP. Cada 2 H se producen 3 ATP. Cuando actúa el FAD, sólo 2 ATP. En la membrana deben haber proteínas carrier para el ácido pirúvico. Para los ácidos grasos no es necesario. Los lípidos por B-oxidación forman acetil CoA, el que entra en el ciclo de Krebs. Si no hay oxígeno, la respiración anaeróbica (como la fermentación), le da un destino distinto al NADH2. El ácido pirúvico se transforma en aldehído acético por pérdida de CO2, el que acepta los hidrógenos del NADH2, formándose el alcohol etílico. O sea, se produce CO2 y alcohol etílico; una glucosa produce 2ATP. En los músculos se guardan reservas energéticas (fosfocleatina y ATP). Frente a una actividad física intensa se comienza a consumir glucosa, por lo que se acumula el NADH2 y ácido pirúvico, el cual acepta directamente H2, lo que forma ácido láctico; este proceso es más rápido. El ácido láctico se acumula en las células e impide el paso de iones Ca. Luego el ácido láctico pierde sus H, transformándose en ácido pirúvico por la enzima deshidrogenasa láctica, el cual se incorpora al ciclo del ATP.
