Características de los Seres Vivos

  Metabolismo: Es la suma de todos los procesos químicos que ocurren dentro de una célula u organismo. Son las transformaciones por las cuales la energía y la materia se hacen disponibles para el uso de los organismos. Esto incluye a otros procesos presentes en los seres vivos:

  Respiración: Liberación controlada de energía dentro de las células a partir de nutrientes para permitir otras funciones vitales (Usa la energía de mol. de ATP)

  Excreción: Remoción de desechos (sustancias tóxicas en exceso) producidas por el metabolismo celular.

  Nutrición: Ingesta de alimentos (nutrientes) del ambiente, para construcción (crecimiento), mantenimiento y reparación de las células del organismo.

  Son sistemas abiertos: Porque intercambian materia y energía con el entorno. Mediante la nutrición se ingesta la materia y la energía, y como resultado del metabolismo se producen los desechos que son excretados (salida de materia) y se pierda (porque sale) energía en forma de calor.

  Tienen composición dinámica: Porque permanentemente entran y salen sustancias. Todo el tiempo ocurren transformaciones químicas dentro de los seres vivos.

  Modifican el entorno en el que viven: Es una consecuencia directa de ser sistemas abiertos. En relación con la termodinámica: los s.v se mantienen altamente ordenados a expensas de consumir energía del entorno y transformarlo aumentando la entropía (desorden) del universo.

  Respuesta (irritabilidad, sensibilidad): Percepción y respuesta ante los cambios (estímulos) en el ambiente interno y externo.

  Homeostasis: Mantenimiento de los parámetros físicos y químicos del ambiente interno en niveles constantes o dentro de niveles estrechos, a pesar de los cambios del ambiente externo. Homeostasis no es equilibrio.

  Crecimiento: Aumento en tamaño irreversible. En los organismos multicelulares implica aumento en el N° de células. No es lo mismo que desarrollo (organismos multicelulares que aumentan su complejidad).

  Reproducción: Producción de descendencia (nuevos individuos) a partir de 1 progenitor (asexual) o de 2 (sexual). Es necesaria para la supervivencia de la especie.

  Evolución: Proceso que involucra a varias generaciones de individuos dentro de una población. El mecanismo de selección natural explica que, ante los cambios de ambiente (presión de selección) sólo aquellos individuos que por azar tengan las caract. genéticas que los hace ser + aptos (para las nuevas condiciones del ambiente), serán los que puedan reproducirse y pasar estas caract. a las nuevas generaciones. La acumulación de estos pequeños cambios genéticos, luego de muchas generaciones, llevará a la especiación (aparición de nuevas especies).

  Adaptación: Como resultado de la evolución c/ especie está perfectamente adaptada al ambiente en el que vive. Esta adaptación es genética, ya que está dada por los genes presentes en dicha especie. No es lo mismo que ambientación (mecanismos del individuo que permitan la supervivencia dentro de cierto rango de variación de algunos factores ambientales).

Niveles de organización o complejidad

  1° nivel

• Átomo: La partícula + pequeña en que puede dividirse un elemento químico y continuar manteniendo las prop. características del elemento.

Elemento: Sustancia simple que está constituida solo por átomos del mismo N° atómico y que no puede descomponerse por métodos químicos ordinarios.

Ión: Átomo que contienen un número desigual de protones y electrones, y por lo tanto tiene una carga neta positiva o negativa.

  2° nivel

• Molécula: Partícula formada por 2 o + átomos que se mantienen unidos por enlaces químicos.

Ión: Molécula pequeña que contiene un N° desigual de protones y electrones y por lo tanto tiene una carga neta positiva o negativa.

  3° nivel

Macromolécula: Molécula extremadamente grande, formada por la unión de moléculas pequeñas. ej: proteínas, polisacáridos, ácidos nucleicos, triglicéridos.

  4° nivel

Estruct. Supramolecular: Formada por una serie de macromoléculas unidas entre sí de un modo particular. ej: virus y ribosomas.

  5° nivel

Estruct. Subcelular: Formada por varias estruct. supramoleculares y macromoléculas unidas entre sí de un modo particular. ej: mitocondrias, cloroplastos, etc.

  6° nivel (menor nivel de organización que tiene vida)

Célula: Todos los organismos están formados por células, es la unidad fundamental de la vida. La mayoría de los organismos son unicelulares (bacterias y protistas). Otros organismos son multicelulares (hongos, plantas y animales).

  7° nivel

Tejido: Un grupo de células estructuralmente similares, estrechamente asociadas, que trabajan juntas para llevar a cabo funciones específicas.

  8° nivel

Órgano: Estructura especializada hecha de tejidos, c/u tiene su propia función, formando una unidad especializada en una función general particular.

  9° nivel

Sistema de órganos: Un grupo organizado de órganos, c/u con su propia función, que trabajan juntos para llevar a cabo una función general.

  10° nivel

Organismo/Individuo: Cualquier sistema vivo independiente compuesto por 1 o + células se denomina individuo. El término organismo es + adecuado para aquellos que tienen sistema de órganos. c/ tipo de célula, tejido y órgano tiene una estructura particular y funciones que sirven al organismo como un todo.

  11° nivel

Población: Todos los individuos de la misma especie que habitan en el mismo lugar en el mismo tiempo. Especie: 2 individuos son de la misma especie cuando podrían reproducirse y la descendencia fuese fértil.

  12° nivel

Comunidad: Todos los individuos (aunque sean de distintas especies) que habitan en el mismo lugar al mismo tiempo y las interacciones entre ellos.

  13° nivel

Ecosistema: comunidad + ambiente + interacciones

Todo lo abiótico (sin vida) más lo biótico (con vida) en un mismo lugar al mismo tiempo y las interacciones entre ellos.

  Máximo nivel de organización de la materia

Biósfera: “esfera de vida”. Todos los lugares del planeta Tierra donde hay vida.

 

Química general e inorgánica

Átomo: El núcleo está formado por neutrones (sin carga) y protones (carga positiva). Alrededor del núcleo orbitan los electrones (carga negativa). La primera órbita puede tener hasta 2 electrones y la segunda hasta 8.

Son neutros porque poseen igual número de protones y electrones.

Número atómico nos dice cuántos protones (que es = a los electrones) tiene el átomo.

Número másico nos dice cuántos protones + neutrones tiene el átomo.

Isótopos: Átomos del mismo elemento que difieren en el N° de neutrones. Tienen las mismas prop. químicas, pero distintas prop. físicas (grado de radioactividad). Se usan para el diagnóstico médico, el seguimiento de moléculas y la datación de fósiles (carbono 14).

Elementos + abundantes en los seres vivos: Carbono (C) - Hidrógeno (H) - Nitrógeno (N) - Oxígeno (O) - Fósforo (P) - Azufre (S).

Elementos + abundantes en la corteza terrestre: Silicio (Si) - Aluminio (Al) - Hierro (Fe) - Calcio (Ca) - Sodio (Na) - Potasio (K) - Magnesio (Mg).

Enlaces químicos

Es la energía que mantienen unidos a los átomos (enlace interatómico) para formar moléculas o formar sistemas cristalinos (iónicos, metálicos o covalente) y moléculas (enlace intermolecular) para formar los estados condensados de la materia (sólido y líquido), dicha fuerza es de naturaleza electromagnética (eléctrica y magnética).

  Enlace Iónico: Es la fuerza de atracción eléctrica que existe entre los iones de cargas opuestas (cationes - aniones) que los mantiene juntos en una estruct. cristalina. Generalmente se da entre un metal y un no-metal.

Resulta de la transferencia de 1 o + electrones: Un átomo cede e- y el otro los acepta; ambos átomos se ionizan con cargas opuestas; al tener cargas opuestas se atraen.

Las sustancias iónicas se disocian o ionizan en agua. Estos enlaces solo son fuertes en el vacío. Las sustancias iónicas sólidas forman cristales.

  Enlace Covalente: Es la fuerza electromagnética que mantiene unidos a los átomos que comparten electrones. Los átomos enlazados se encuentran neutros y generalmente son no-metálicos.

No-Polar: Si los electrones de un enlace se comparten de manera igual (molécula simétrica). Interactúa con otras moléculas no-polares y son solubles en solventes no-polares (oleosos)

Polar: Si los electrones de un enlace se comparten de manera desigual (molécula asimétrica). En este caso aparece una zona con densidad de carga + (ligeramente positiva), es la zona de la molécula que ejerce menor atracción sobre los electrones; y una zona con densidad de carga - (ligeramente negativa), es la zona que atrae más fuertemente a los electrones. Interactúa con otras moléculas polares y son solubles en agua

Interacciones débiles

Son fuerzas de atracción o repulsión débiles (individualmente) que ocurren en gran N° entre moléculas y macromoléculas, y también entre distintas partes de la misma macromolécula.

Interacciones electrostáticas: Fuerzas de atracción entre grupos cargados (ionizados) en distintas partes de la macromolécula

Fuerzas de Van der Waals: Ocurren cuando en un instante se produce una mayor densidad electrónica en un hemisferio de la molécula (dipolo instantáneo), y este a su vez induce a las moléculas a su alrededor a transformarse en dipolos y atraerse mutuamente

Interacción hidrofóbicas: Las moléculas no-polares repelen a las moléculas polares y al mismo tiempo se atraen entre sí. Son importantes entre lípidos que son hidrofóbicos (grasas y aceites) y anfipáticos (fosfolípidos)

Puentes de hidrógeno: Son interacciones débiles entre el oxígeno (O) de una molécula y el hidrógeno (H) de otra. Las uniones constantemente se rompen y se vuelven a formar. Cada uno es débil, pero en conjunto son fuertes.

Cuando el agua está en estado sólido las moléculas de agua se mantienen rígidas por puentes de hidrógeno; en estado líquido los puentes de hidrógeno se forman y se rompen continuamente mientras que las moléculas se mueven; en estado gaseoso el movimiento de las moléculas es tan rápido que no se pueden formar puentes de hidrógeno.

Estructura del agua

Uniones INTRAmoleculares: (Intra=dentro de la molécula). 2 átomos de hidrógeno unidos c/u al átomo de oxígeno por un enlace covalente polar.

Uniones INTERmoleculares: (INTER=fuera de la molécula). Puentes de hidrógeno, interacción débil debida a la atracción entre el átomo de H de una molécula y el átomo de O de otra molécula.

Propiedades del agua

  Menor densidad en estado sólido: Por debajo de los 4°C el agua se hace menos densa (la misma masa ocupa + volumen). Por lo tanto el hielo flota en la superficie del agua líquida. Los lagos y lagunas se congelan desde arriba hacia abajo, por lo que nunca se congelan completamente, permitiendo la vida de los organismos que habitan en ella = es un buen hábitat.

  Propiedades térmicas: Las mol. de agua pueden absorber gran cantidad de energía calórica sin cambiar su temperatura.

Muy alta capacidad calorífica: Los puentes de hidrógeno generan que haga falta energía extra para romperlos y aumentar la energía cinética de las moléculas (movimiento), lo que hace que la temperatura aumente.

Es un medio térmicamente muy estable: Temp. muy altas o muy bajas pueden dañar las enzimas y así reducir la velocidad de importantes reacciones químicas. El agua modera el efecto de los cambios de la temperatura. El punto de ebullición del agua es 100°C y el punto de congelamiento es de 0°C, por lo que el agua es líquida en un amplio rango de temperatura.

Alto calor de vaporización: El agua requiere una gran cantidad de energía para pasar del estado líquido al gaseoso. Cuando el agua se evapora toma calor de sus alrededores, refrigerando el ambiente que la rodea. La evaporación del agua sobre la superficie corporal (transpiración) tiene efecto refrigerante. Ya que el cuerpo es mayormente agua, se puede estar al sol sin que la temp. corporal aumente significativamente.

  Propiedades cohesivas del agua:

Cohesión: Tendencia de moléculas iguales a atraerse entre sí. Debido a esto el agua dentro de un tubo delgado forma una columna continua que no se “rompe” porque una molécula “tira” de la otra.

Adhesión: Tipo de atracción ocurrida entre moléculas diferentes. Las moléculas de agua interactúan con las paredes del tubo por adhesión.

Capilaridad: Suma de cohesión y adhesión. El agua posee capilaridad y por lo tanto puede subir a grandes alturas. (ej: a través de xilema)

  Propiedades Coligativas del agua:

Descenso de la presión de vapor del solvente

Elevación (ebulloscópica) del punto de ebullición: Cuando al agua se le agrega un soluto el punto de ebullición aumenta (tarda + en pasar de estado liq. a gas.)

Descenso (crioscópico) del punto de congelamiento: Cuando al agua se le agrega un soluto el punto de congelamiento disminuye (tarda + en congelarse). Ej: la rana lithobates sylvaticus tiene + cant. de glucosa en la sangre que los demás organismos adaptados a climas templados

Presión osmótica

  Transparencia: El agua es un líquido transparente por lo que la luz pasa a través de ella, permitiendo que las plantas puedan fotosintetizar bajo el agua y que los animales puedan ver bajo el agua (xq el ojo tiene fluidos acuosos).

  El agua es un importante medio de transporte en los s.v y también un importante medio para las reacciones químicas, debido:

• a sus prop. como solvente
• a sus prop. cohesivas y adhesivas
• a que permanece líquida en un amplio rango de temperatura.

Propiedades solventes: Las prop. polares del agua hacen que sea buen solvente para:

Moléculas polares (ej: azúcares y alcoholes): Estas moléculas forman puentes de hidrógeno con las mol. de agua y forman soluciones moleculares.

Compuestos iónicos (ej: sales, ácidos y bases): Estos compuestos se disocian en sus iones los cuales forman puentes de hidrógeno con el agua y forman soluciones iónicas

NO solventes en agua

Las macromóleculas con grupos polares (como el almidón y muchas proteínas) que por su tamaño no pueden disolverse pero quedan en suspensión rodeadas de agua formando Coloides.

Las macromoléculas hidrofóbicas (como los triacilglicéridos: grasas y aceites) son totalmente insolubles y rechazan al agua formando Fases separadas.

Hay moléculas grandes que tienen una zona polar (hidrofílica) que interactúa con el agua, y una no-polar (hidrofóbica) que repele al agua. Estas moléculas se llaman Anfipáticas.

Ej: detergentes, ácidos grasos. En agua forman micelas.

Ej: fosfolípidos. En agua forman bicapa

Disociación del agua y PH

 Un porcentaje de moléculas de agua se disocian naturalmente formando:

• Ión oxhidrilo: es negativo y básico o alcalino
• Ión hidrógeno: es positivo y ácido

 El PH es la escala de grado de acidez y alcalinidad de una sustancia acuosa.

En agua pura la cantidad de iones oxhidrilo ([HO-]) es igual a la de iones hidrógeno ([H+]), por lo tanto su PH será de 7, o sea, neutro ([HO-] = [H+])

Cuando una solución es ácida la cantidad de iones hidrógeno es mayor que la de iones oxhidrilo ([HO-] < [H+]). El PH de la solución será menor de 7. Ej: ácido estomacal, jugo de lima, jugo de limón, café, orina

Cuando una solución es básica o alcalina la cantidad de iones oxhidrilo es mayor que la de iones hidrógeno ([HO-] > [H+]). El PH de la solución será mayor de 7. Ej: sangre, agua de mar, bicarbonato de sodio, amoníaco, blanqueador, limpiador de horno.

 Para que una solución sea ácida se le deberá aumentar la concentración de iones hidrógeno [H+]

 Para que una solución sea básico o alcalina se le deberá disminuir la concentración de iones hidrógeno [H+] o aumentar la concentración de iones oxhidrilo [OH-].

 

BIOMOLÉCULAS

Átomo de carbono: Es tetravalente (forma 4 enlaces diferentes), forma largas cadenas (polímeros) por lo tanto forma macromoléculas y estructuras en anillo.

Enlace covalente: Los átomos de las moléculas orgánicas están unidos entre si mediante este tipo de enlace. Son muy resistentes en medio acuoso. Pueden ser simples, dobles o triples.

Isómeros: Variación en la estructura tridimensional o conformación de las moléculas orgánicas. Son compuestos que tienen el mismo número de átomos de los mismos elementos pero diferente estructura (tanto modo de unirse de los átomos o su distribución espacial) y por lo tanto dif. propiedades. Son reconocidos como diferentes por las enzimas.

Compuestos Orgánicos

Compuestos que contienen carbono y se encuentran en los seres vivos.  Generalmente están formados por un esqueleto de carbonos, unidos a dif. grupos funcionales. Hay 4 grupos principales: glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos.

Grupos funcionales: Grupos de átomos que dan a la molécula a la cual están unidos propiedades químicas particulares. Ej: función alcohol, función aldehído, función cetona, función amina, función tiol, función ácido, etc.

Monómero: Una pequeña molécula que puede unirse a otro monómero mediante un enlace químico y así llegar a formar un polímero.

Dímero: 2 monómeros unidos.

Oligómero: Algunos monómeros unidos.

Polímero: Grandes moléculas (macromoléculas) que consisten de un gran número de unidades conectadas por enlaces covalentes. Ej: glúcidos, proteínas y ácidos nucleicos; los lípidos no son conceptualmente polímeros.

Reacción de condensación

Los monómeros y/o subunidades se unen por una reacción en la cual 2 moléculas se unen por un enlace covalente involucrando la pérfida de los átomos que formarán una molécula de agua. Resultado: molécula más grande + nuevo enlace covalente (se consume energía = endergónico) + molécula de agua.

Anabolismo: procesos y reacciones de síntesis (construcción) y endergónicas (gasto de energía). Se hidroliza ATP para proveer la energía suficiente.

Reacción de hidrólisis

Se rompe un enlace entre monómeros y/o subunidades y se adicionan átomos de una molécula de agua, que es consumida. Resultado: molécula más pequeña + subunidad + energía liberada (exergónico).

Catabolismo: procesos y reacciones de degradación (ruptura) y exergónicas (liberan energía). En la respiración celular la energía liberada se utiliza para sintetizar moléculas de ATP.

 

GLÚCIDOS o HIDRATOS DE CARBONO

Elementos: C, H, O  Proporción: (CH20)n

Monómeros: monosacáridos  Dímeros: Dísacaridos

Oigómeros: Oligosacáridos  Polímeros: Polisacáridos

Monosacáridos

Son polialcoholes (tienen múltiples grupos alcohol), con una función cetona o aldehído (aunque estos grupos funcionales desaparecen cuando los monosacáridos se ciclan).

Pentosas: Ribosa, Desoxirribosa

Hexosas: Glucosa, Galactosa, manosa y fructosa

Isómeros: La galactosa, la glucosa, la manosa y la fructosa son isómeros.

La galactosa, la glucosa, la manosa difieren en la orientación espacial de uno de sus grupos alcohol (-OH)

La galactosa, la glucosa, la manosa contienen un grupo aldehído, mientras que la fructosa  tiene un grupo cetona.

Cuando la glucosa se cicla se forman la Glucosa α y la Glucosa ß, que son isómeros entre sí

GLÚCIDOS
	Cant. Carbonos	Monosacáridos	Fórmula	Grupo Funcional		Isómeros
MONÓMEROS	Pentosas (5C)	Ribosa	C5,H10,O5	Aldehido	Hidroxilo	No
		Desoxirribosa	C5,H10,O4
	Hexosas (6C)	Glucosa	C6,H12,06			Si	Glucosa α
							Glucosa ß
		Galactosa
		Manosa
		Fructosa		Cetona

 

Disacáridos

El enlace covalente entre 2 azúcares se llama enlace glicosídico. Los azúcares se unen por condensación y se separan por hidrólisis.

Sacarosa (azúcar de mesa): Glucosa α + Fructosa ß

Lactosa (leche): Galactosa ß + Glucosa α

Maltosa (semilla de cebada): Glucosa α + Glucosa α

Celobiosa: Glucosa ß + Glucosa ß

Funciones de mono y disacáridos

Moléculas pequeñas solubles en agua y capaces de formar cristales.

Fuente de energía o combustible celular: los monosacáridos son utilizados en la respiración celular para obtener energía para formar ATP.

Transporte de reserva de energía (ej: glucosa en sangre, sacarosa en savia vegetal).

Fuente de energía para organismos en desarrollo (ej: lactosa en animales y maltosa en semillas).

Subunidades de polisacáridos (hexosas) y de nucleótidos (ribosa y desoxirrobosa).

Polisacáridos

Formados por cientos de monosacáridos, los más comunes están formados por glucosas.

  Polisacáridos ramificados (formados por Glucosa α):

Almidones: Amilosa y amilopectina sintetizados en plantas

Glucógeno: Sintetizado en animales, es + ramificado que el almidón = + compacto.

Pueden ser digeridos por los seres humanos.

  Polisacárido no-ramificado (formado por Glucosa ß):

Celulosa: en la pared de células vegetales.

No pueden ser digeridos por los seres humanos.

POLISACÁRIDOS
NOMBRE	COMPOSICIÓN	RAMIFICADO	DIGERIBLE EN	RAZÓN DE LA DIGESTIÓN/
			HUMANOS	NO DIGESTIÓN
Almidón	Amilosa y Amilopectina	Si	SI	Por poder romper los
	Glucosa α
Glucógeno	Glucosa α	Si, y + compacto		enlaces de Glucosas α
Celulosa	Glucosa ß	No	NO	Por no poder romper los
				enlaces de Glucosas ß

 

Funciones de los polisacáridos

Son grandes moléculas insolubles en agua

  Glucógeno y Almidón: Almacenamiento de glúcidos, sin actividad osmótica (en semillas, tallos modificados, cloroplastos). Debido a que están formados por monosacáridos (que son utilizados para la respiración celular) y que se consumen + rápidamente que los lípidos, los polisacáridos son considerados almacenamiento de energía a corto plazo.

  Celulosa: Función estructural: principal componente de la pared celular en células vegetales.

En resumen:

GLÚCIDOS DE INTERÉS BIOLÓGICO
NOMBRE	MONO/DI/	COMPOSICIÓN	FUNCIÓN	ORIGEN
	POLISACÁRIDO
Glucosa	Monosacáridos	C6,H12,06	Fuente de energía de las células	Vegetal
Fructosa
Galactosa
Ribosa		C5,H10,O5	Subunidades de nucleótidos	Vegetal y
Desoxirribosa		C5,H10,O4		animal
Sacarosa	Disacáridos	Glucosa α + Fructosa ß	Transporte de reserva de energía	Vegetal
Lactosa		Galactosa ß + Glucosa α	Fuente de energía para organismos en desarrollo	Animal
Maltosa		Glucosa α + Glucosa α		Vegetal
Celobiosa		Glucosa ß + Glucosa ß
Almidón	Polisacáridos	Glucosa α	Almacenamiento de glucosa y
Glucógeno		Glucosa α	Almacenamiento de energía a corto plazo	Animal
Celulosa		Glucosa ß	Estructural - Pared celular	Vegetal
Quitina		N-glucosamina	Estructural - Hongos y Artrópodos	Animal

 

Solubles en agua: Mono y dísacaridos.

Insolubles en agua: Polisacáridos.

Oligosacáridos

Formados por 3 a 20 monosacáridos. Son ramificados y muy diversos. Generalmente están unidos a otras moléculas formando glicoproteínas (oligosacárido + proteína) y glicolípidos (oligosacáridos + lípido). Muchos de ellos forman parte de las membranas celulares y su función es de reconocimiento celular.

 

LÍPIDOS

Elementos: C, H, O, (P, N)  Proporción: + H que los glúcidos. Pocos O.

Grupo heterogéneo, pero todos insolubles en agua, solo solubles en compuestos orgánicos (ej. aguarrás).

Algunos de ellos están formados por subunidades (no monómeros). No son un grupo polimérico.

Ejemplos: Ácidos grasos: saturados e insaturados

Triacilglicéridos: Grasas y aceites.

Fosfolípidos - Colesterol y Esteroides - Ceras, etc.

ÁCIDOS GRASOS

Composición: Ácido carboxílico (polar) + larga cadena hidrocarbonada (no polar). Es una molécula anfipática.

Ácidos grasos saturados: Todos los enlaces entre los carbonos son simples

Ácidos grasos insaturados: Posee un doble entre 2 carbonos. Existen dos isómeros: Ácidos grasos cis y Ácidos grasos trans. Los trans casi no existen en la naturaleza pero se producen al elaborar alimentos. Son altamente nocivos para la salud.

La forma del ácido graso cis es recta, mientras que la del ácido graso trans es torcida.

Ácidos grasos insaturados esenciales (deben obtenerse por la dieta): Omega 3 y Omega 6.

Ácidos grasos insaturados no-esenciales: Omega 9

ÁCIDOS GRASOS
	SATURADOS	INSATURADOS
Presencia de	NO	SI
doble enlace
Cantidad de	Ninguna	Uno solo: Mono-insaturados
doble enlaces		Más de unos: Poli-saturados
A.G Esenciales		Omega 3	Omega 6
A.G No-esenciales		Omega 9
Isómeros	NO	CIS	TRANS
Orientación espacial		Recto	Torcido
Perjudiciales para la salud	SI	TRANS
Beneficiosos para la salud	NO	CIS	Poli-insaturados

 

Importancia nutricional:

No-Esenciales: sintetizados por los humanos a partir de otras moléculas.

Esenciales: deben obtenerse por la dieta. Son los ácidos linolénico y linoleico.

Según su relación con el estado de salud:

Perjudiciales: Saturados e Insaturados trans.

Beneficiosos: Insaturados cis y poli-insaturados.

Clasificación de ácidos grasos por el N° de carbonos de la cadena:

Cortos: 2 a 4 C, Medianos: 6 a 12 C, Largos: 14 a 22 C, Muy largos: 24 a 26 C.

¿Dónde se sintetizan? En el retículo endoplasmático liso (REL)

¿Dónde se degradan? Los muy largos, se acortan en los peroxisomas, y todos se degradan por ß-oxidación en las mitocondrias.

Función de los Ácidos Grasos: Fuente de energía o combustible celular.

TRI-ACIL-GLICÉRIDOS: GRASAS Y ACEITES

Composición: monoglicérido: Glicerol + 1 ácido graso. Anfipático

diglicérido: Glicerol + 2 ácidos grasos. Anfipático

triglicérido: Glicerol + 3 ácidos grasos. Hidrofóbico (Grasas y aceites)

Tipo de enlace: Éster: enlace covalente entre un ácido graso y un glicerol. Este enlace se produce mediante una reacción de condensación.

Grasas: Triglicéridos formados a partir de ácidos grasos saturados (sin doble enlace). Son producidas por los animales

Aceites: Triglicéridos formados a partir de ácidos grasos insaturados (con doble enlace). Son producidos por las plantas y algunos peces.

Función de los triglicérdos: Almacenamiento y reserva de energía (Porque guardan ácidos grasos, que son fuentes de energía).

CERAS

Composición: Ésteres de ácidos grasos de cadena muy larga (14 a 36 C) con monoalcoholes también de cadena larga (16 a 30 C)

Funciones: Lubricante, impermeabilizante, protectora: sobre la piel, pelo, plumas, frutos, hojas.

Estructural: paneles de abejas y avispas.

FOSFOLÍPIDOS

Composición: Glicerol + 2 ácidos grasos + 1 grupo fosfato

Poseen una región no-polar (glicerol+ 2 ácidos grasos) y otra polar (grupo fosfato), por lo tanto es una molécula Anfipática.

Cuando están en agua forman una bicapa, por lo tanto su función es formar la membrana celular.

ESFINGOLÍPIDOS

Composición: contienen ceramida (ácido graso + esfingosina).

Función: forman parte de la bicapa lipídica en ciertos tipos celulares. Ej: Ceramidas (Vegetales) - Esfingomielina (Animales).

GLICOLÍPIDOS y LIPOPROTEÍNAS

Lípidos complejos formados por la asociación de

• Glúcidos + lípidos: Glicolípidos
• Lípidos + proteínas solubles: Lipoproteínas: forman complejos en los cuales las proteínas ocupan la parte periférica y están en contacto con medios acuosos como el plasma sanguíneo. Son transportadores lípidos como los triglicéridos y el colesterol.

Lipoproteínas buenas: HDL (lipoprot. de alta densidad)

Lipoproteínas malas: LDL (lipoprot. de baja densidad), IDL, VLDL, Quilomicrón y Quilomicrón remanente.

COLESTEROL y ESTEROIDES

Composición: Esqueleto de carbonos que forman cuatro anillos (ciclopentanoperhidrofenantreno).

Funciones: Colesterol: forma parte de la membrana celular y regula la fluidez de las mismas. Es precursor de los esteoides.

Esteroides: hormonas sexuales: testosterona, estrógeno y progesterona

Corticoides (hormonas): glucocorticoides y mineralocorticoides.

Sales biliares: emulsifican lípidos ayudando su digestión.

Vitamina D: necesaria para la absorción de calcio.

FUNCIÓN de los lípidos

Ácidos grasos: Fuente de energía o combustible celular. Son oxidados y permiten producir ATP mediante la respiración celular aeróbica.

Triacilglicéridos (Grasas y aceites): Almacenamiento o reserva de energía a largo plazo.

Grasas: aislamiento térmico ya que reduce la pérdida de calor corporal (depósitos de grasa subcutáneos). Función estructural. Protección y amortiguación de órganos vitales como el corazón y los riñones. Fuente de agua por oxidación.

Ceras y Aceites: Impermeabilización: cobertura de las hojas, el pelaje, las plumas, exoesqueleto de insectos.

Ceras: función estructural en la construción de colmenas de abejas y avispas.

Esfingomielina: forman la vaina de mielina alrededor de las neuronas, la cual acelera la transmisión del impulso nervioso.

Fosfolípidos, Esfingolípidos, Glicolípidos y Colesterol: estructura de las membranas celulares.

Esteroides: Como hormonas y vitaminas.

LÍPIDOS
LÍPIDO	COMPOSICIÓN	INTERACCIÓN CON	FUNCIÓN	UBICACIÓN
		EL AGUA
Ácidos Grasos	Ácido carboxílico (polar) +	Anfipáticos	Fuente de energía
	larga cadena hidrocarbonada		Permiten producir ATP mediante
	(no-polar)		respiración celular aeróbica
Grasas		Hidrofóbicos/as	Reserva de energía a largo plazo	Tejido adiposo
	Glicerol + 3 ácidos grasos		(animales) - Aislamiento térmico
	Saturados		Fuente de agua por oxidación
			Protección de órganos
Aceites	Glicerol + 3 ácidos grasos		Reserva de energía a largo plazo	Hojas
	Insaturados		(plantas) - Impermeabilización	y semillas
Ceras	Ésteres de ácidos grasos muy		Cubiertas protectoras,	Pelaje, plumas,
	largos con monoalcoholes largos		lubricantes, impermeabilizante	colmenas
Fosfolípidos	Glicerol + 2 ácidos grasos +	Anfipáticos	Forman la membrana celular
	1 grupo fosfato			Membrana
Esfingolípidos	Ácido graso + esfingosina			celular
Glicolípidos	Glúcidos + Lípidos
Lipoproteínas	Lípidos + proteínas solubles		Transporte masivo de grasas
Colesterol	Ciclopentanoperhidrofenantreno		Regula la fluidez de la	Membrana
			membrana celular	celular
Esteroides			Hormonal: Estrógenos,
			testosterona, glucocorticoides,
			mineralocorticoides

 

Glúcidos y Lípidos: Energía

Ciertos polisacáridos (almidón en plantas y glucógeno en animales) son almacenamiento de energía a corto plazo. Cuando se requiere energía pueden ser hidrolizados a glucosa y utilizados en la respiración celular.

Ciertos lípidos (triglicéridos: aceites en plantas y grasas en animales) son almacenamiento de energía a largo plazo. Cuando se requiere energía son hidrolizados a ácidos grasos y glicerol que se utilizan en la respiración celular.

Los glúcidos son más fácilmente digeribles que los lípidos, por lo que se puede obtener energía a partir de ellos más rápidamente.

Los lípidos contienen el doble de energía por gramo que los glúcidos. Por ello los lípidos son un modo de almacenamiento más liviano que los glúcidos par la misma cantidad de energía.

Ciertos glúcidos son solubles en agua (mono- y di-sacáridos) y por lo tanto se movilizan más fácilmente desde y hacia los sitios de almacenamiento y consumo. Pero tienen un fuerte efecto en el balance osmótico.

Los polisacáridos y los lípidos son insolubles en agua y por lo tanto no afectan el balance osmótico de la célula. Pero son más difíciles de transportar.

ÁCIDOS NUCLEICOS

Elementos: C, H, O, N, P. Monómeros: nucleótidos.

Polímeros: polinucleótidos

• ARN (Ácido Ribonucleico): formado por 1 cadena o poliribonucleótido.
• ADN (Ácido Desoxirribonucleico): formado por 2 cadenas o polidesoxiribonucleótidos.

Nucleótidos

Composición: Base nitrogenada, azúcar pentosa, grupo fostato.

Bases nitrogenadas: Adenina, Guanina, Citosina, Uracilo (rib), Timina (des).

Unión de las partes: La base se une al carbono 1 del azúcar y el fosfato se une al carbono 5 del azúcar.

Desoxirribonucleótidos: Tienen azúcar desoxirribosa, y pueden tener adenina, guanina, citosina o timina.

Ribonucleótidos: Tienen azúcar ribosa, y pueden tener adenina, guanina, citosina o uracilo.

Nucleótidos Tri Fosfato: Tienen 3 grupos fosfato, el + conocido es el ATP. Función: transportadores de energía. Son las moléculas a partir de cuya hidrólisis la célula obtiene energía química utilizable.

Polinucleótido

Cómo se forma: Se unen los nucleótidos entre sí mediante enlaces covalentes llamados fosfodiéster entre el grupo fosfato de uno de los nucleótidos y el carbono 3 del azúcar del otro nucleótido.

En la síntesis de los polinucleótidos la enzima involucrada es la ADN-polimerasa.

Estructura del ADN

Cada molécula de ADN está formada por 2 cadenas o polinucleótidos:

• Las 2 cadenas se encuentran arregladas en una estruct. helicoidal alrededor de un eje común, por lo que recibe el nombre de doble hélice.
• Las bases se encuentran dispuestas en forma perpendicular al eje, mientras que la pentosa y el grupo fosfato arman el “esqueleto” de dicha doble hélice. A su vez, dado que las cadenas se enfrentan entre sí en sentido opuesto, se dice que ambas son “antiparalelas”.
• Las 2 cadenas se unen entre sí mediante puentes de hidrógeno entre A y T, y G y C, lo cual se denomina complementariedad de bases.

Rasgos distintivos de la estructura del ADN:

Doble hélice

Antiparalelismo: El extremo de un polinucleótido que termina con el grupo fosfato se lo llama 5; mientras que al extremo que tiene disponible el -OH unido al carbono 3 del azúcar, se lo llama 3.

Complementariedad de bases: Las bases de las 2 cadenas se unen entre si mediante puentes de hidrógeno:

2 entre Adenina y Timina - 3 entre Guanina y Citosina.

FUNCIONES
ADN	ARN
Almacena (es) la	Transmisión de la
información genética	información genética
La secuencia particular de	c/u de los distintos
las moléculas de ADN de	tipos de ARN cumple un
c/especie es lo que	rol en la síntesis de
determina la secuencia	proteínas, proceso mediante el
de aminoacidos de c/u	cual se producen polipéptidos
de las proteínas de esa	de acuerdo a la secuencia de
especie y, por lo tanto,	nucleótidos que contiene el
todas sus característcas	ADN de esa especie.

No importa cuál sea la secuencia de una cadena, la secuencia de bases de la otra deberá ser complementaria.

ARN	ADN
Ácido Ribonucléico	Ácido Desoxirribonucléico
Azúcar Ribosa	Azúcar Desoxirribosa
1 cadena de	2 cadenas de
polinucleótido	polinucleótidos
Bases nitrogenadas:	Bases nitrogenadas:
Adenina	Adenina
Guanina	Guanina
Citosina	Citosina
Uracilo	Timina

 

PROTEÍNAS

Elementos: C, H, O, N, (S)  Monómeros: Aminoácidos.

Dímeros: Dipéptidos.  Oligómeros: Oligopéptidos.

Polímeros: Polipéptidos.

Proteínas: polipéptidos con su estruct. tridimensional (conformación) final, haciéndola funcional. Cuando pierde la estructura 3-D, también pierde la función: está desnaturalizada.

Aminoácidos

Composición: Grupo amino, grupo carboxilo, hidrógeno y grupo residual; c/u unido a un átomo central de carbono.

El grupo residual determinará si el aminoácido será hidrofílico, hidrofóbico, ácido, básico, neutro, etc.

  Los aminoácidos tienen carga. Pueden captar o ceder protones al medio, según el pH de la disolución en la que se encuentren:

• Si la disolución es ácida, captan protones y se comportan como una base.
• Si la disolución es básica, ceden protones y se comportan como un ácido.

Por este comportamiento se dice que los aminoácidos son anfóteros.

El punto isoeléctrico es el valor de pH en el que tienen carga neta igual a cero.

  Existen naturalmente 20 aminoácidos debido a los diferentes grupos residuales, y por lo tanto diferentes prop. químicas y físicas.

AMINOÁCIDOS - GRUPOS RESIDUALES
NO-POLARES	POLARES	AROMÁTICOS	BÁSICOS	ÁCIDOS
Glicina	Serina	Triptofano	Lisina	Ácido aspártico
Alanina	Treonina	Tirosina	Arginina	Ácido Glutámico
Valina	Cisteína	Fenilalanina	Histidina
Leucina	Prolina
Metionina	Asparragina
Isoleucina	Glutamina

  Aminoácidos esenciales (no pueden ser sintetizados, deben ser adquiridos en la dieta):

Arginina, Lisina, Treonina, Histidina, Metionina, Triptofano, Isoleucina, Fenilalanina, Valina, Leucina.

Los aminoácidos en exceso no pueden almacenarce. Son degradados por desaminación, lo cual produce urea (en el hígado de los mamíferos).

Función: Síntesis de proteínas y hormonas (tiroxina).

Enlace peptídico: El grupo carboxilo de un aminoácido + el grupo amino de otro aminoácido forman un dipéptido mediante este tipo de enlace, con la producción de agua (condensación).

POLIPÉPTIDOS

Estructura proteica primaria: Es una secuencia de aminoácidos estabilizada por enlaces peptídicos.

Estructura proteica secundaria: Plegamiento regular del polipéptido estabilizado por puentes de hidrógeno. Existen 2 estructuras plegadas: Estructura Alfa - Hélice (forma de hélice) y Estructura hoja beta plegada (forma de hoja abanico).

Estructura proteica terciaria: Estructura secundaria que se plegó sobre sí mismo

Estructura proteica cuaternaria: 2 o + péptidos, c/u con su estructura terciaria. Estas 2 ultimas estructuras dependen de la secuencia única de los aminoácidos que tiene la proteína, y están estabilizados por interacciones débiles (interacción iónica, puentes de hidrógeno, fuerzas de Van der Waals e interacciones hidrofóbicas) y puentes di-sulfuro.

Estructura de las proteínas conjugadas: Parte proteica (apoproteína) + parte no-proteica (grupo prostético). Ej: Hemoglobina - Parte proteica: 2 globinas alfa y 2 beta - Parte no-proteica: grupo hemo.

  COLÁGENO: Posee 3 cadenas de polipéptidos que forman una triple hélice. Dentro de esta hélice se encuentran aminoácidos particulares: prolina y hidroxiprolina. Estos aminoácidos particulares permiten que las 3 cadenas se enrollen una alrededor de la otra formando una fibra muy resistente. Para poder sintetizar la hidoxiprolina, la enzima que cataliza la reacción tiene como coenzima a la vitamina c. La carencia de esta vitamina provoca escorbuto. Esta vitamina se obtiene del zinc que está presente en la sal.

Propiedades emergentes (derivadas de la estructura 3D)

Las proteínas son altamente específicas:

El plegamiento particular de c/tipo de proteína define la forma del sitio de ésta que interactúa con otra molécula. La función de la proteína se basa en su unión selectiva con otra molécula complementaria (en cuanto a su forma y distribución de cargas) con el sitio activo de interacción de la proteína. Por lo tanto, la especificidad depende del plegamiento de c/ proteína que está determinado por su secuencia de aminoácidos

Proteína	Molécula c/la
	q interactúa
Enzima	Sustrato
Receptores	Ligando
Transportadoras	Mol. Transportada
Anticuerpos	Antígeno

 

 

 

Las proteínas pueden tener distinto grado de afinidad:

Una proteína puede tener alta o baja afinidad por la molécula con la cual interactúa. Es la fuerza con la que se una la proteína a otra molécula, si se puede unir fácilmente o no.

Esto puede modificarse por la concentración de dicha molécula, por la presencia de otras moléculas que actúan como moduladores, o por otras condiciones del entorno.

La afinidad depende de la eficiencia o facilidad con la que el sitio de interacción de la proteína se puede unir a la molécula con la que actúa específicamente la proteína en cuestión. Si se modifica la forma de este sitio, esto afecta la afinidad.

Las proteínas son saturables:

Si el N° de una proteína es constante (ni aumenta ni disminuye), a medida que la concentración de la molécula con la que interactúa aumenta se observará mayor actividad de la proteína hasta un máximo en el cual todas las moléculas de la proteína estén interactuando al mismo tiempo. A partir de este punto, aunque aumente la concentración de la molécula con la que interactúa, la actividad o velocidad permanecerá constante (será igual).

Las proteínas con estructura 4ta pueden mostrar efecto cooperativo y regulación alostérica

  DESNATURALIZACIÓN: Pérdida de la función debida a la pérdida de estructura tridimensional. Es causada por agentes que provocan la ruptura de las interacciones débiles: Alta tempratura, pH alejado del óptimo y alta concentración salina.

Funciones

Enzimática: Todas las reacciones que se producen en los organismos son catalizadas por moléculas orgánicas. Las enzimas son las moléculas que realizan esta función en los s.v. Todas las reacciones químicas que se producen en los s.v necesitan una enzima y todas las enzimas son proteínas.

Homeostática: Ciertas proteínas mantienen el equilibrio osmótico del medio celular y extracelular.

De reserva: En general las proteínas no tienen función de reserva, pero pueden utilizarse con este fin en algunos casos especiales como x ej: en el desarrollo embrionario.

Transporte: De gases, como en el caso de la hemoglobina, o de lípidos, como la seroalbúmina.

Estructural: Las proteínas constituyen muchas estruct. de los s.v. Las membranas celulares contienen proteínas. Ciertas estructuras -cartílago, hueso- están formadas, entre otras sustancias, por proteínas.

Movimiento: Actúan como elementos esenciales en el movimiento. Así, la actina y la miosina, proteínas de las células musculares, son las responsables de la concentración de la fibra muscular.

Hormonal: Las hormonas son sustancias químicas que regulan procesos vitales. Algunas prot. actúan como hormonas, x ej: la insulina, que regula la concentración de glucosa en la sangre.

Inmunológica: Los anticuerpos, sustancias que intervienen en los procesos de defensa frente a los agentes patógenos, son proteínas.

PROTEÍNAS
Según su forma		Según su composición		Según su estructura		Según su función
Fibrosas	Globulares	Simples	Conjugadas	Oligopéptidos	Polipéptidos	Estructural
				(2 - 10 aa.)	(11 a + aa.)	Enzimática
			Contienen			Hormonal
			grupo alostérico	Péptidos	Proteínas	Contracción muscular
				(3 a 6 aa.)	(50 a + aa.)	Coagulación
		Inorgánico	Orgánico			Defensa
		Hemoglobina	Glucoproteínas			Transporte
		Mioglobina	Lipoproteínas
		Hemocianina

 

BIOENERGÉTICA

Es el estudio de las transformaciones de energía que tienen lugar en la célula, y de la naturaleza y función de los procesos químicos en los que se basan esas transformaciones, las cuales siguen las leyes de la termodinámica: Ciencia que estudia las transformaciones de la energía: Capacidad de producir trabajo (cambio). Existen distintas formas de energía: Cinética (del movimiento), calórica, lumínica, química, eléctrica, etc.

Sistema, entorno y universo: Los seres vivos somos sistemas abiertos (intercambiamos materia y energía con el entorno). El universo es un sistema aislado (no intercambia ni materia ni energía con el entorno).

S.V como transformadores de energía y las reacciones químicas

Energía Potencial: Energía que puede ser utilizada por las células.

Dentro de un sistema, cuando ocurren procesos se gasta y se libera energía, y cierta energía es potencial (puede ser utilizada) y otra no.

Leyes de la termodinámica

1° ley: La energía total del universo es constante. La energía no se crea ni se destruye, se transforma.

2° ley: En todos los intercambios y conversiones de energía (si no entra ni sale energía del sistema estudiado) la energía potencial del estado final (la energía de los productos) es menor que la del estado inicial (la energía de los reactivos). O sea = E. potencial inicial > E. potencial final. Por lo tanto, después de cualquier transformación la cantidad de energía disponible para realizar trabajo siempre es menor que la cantidad de energía original.

El desorden o la entropía del Universo está en permanente aumento. Un proceso en el que se den estas condiciones es ESPONTÁNEO (ocurre solo sin necesidad de energía adicional). Cuando un proceso es espontáneo aumena la entropía, o sea, aumenta el desorden.

PROCESO ESPONTÁNEO                PROCESO NO-ESPONTÁNEO

ΔG<0 y ΔS>0                                                   ΔG>0 y ΔS<0

Ej.: reacciones exergónicas (libera E)       Ej.: reacciones endergónicas (gasta E)

No necesitan energía extra                               Para que ocurra se debe

entregar energía al sistema.

 

CATABOLISMO y ANABOLISMO

Todos los procesos catabólicos están acoplados/unidos a procesos anabólicos. Por lo tanto, sin procesos anabólicos no existen los procesos catabólicos, y viceversa.

 

 

CATABOLISMO	acoplados	ANABOLISMO
Degradación "destrucción"		Síntesis "creación"
Hidrólisis		Condensación
Monomerización		Polimerización
Oxidación		Reducción
Ruptura de enlaces y		Formación de enlaces y
liberación de energía:		consumo de energía:
Exergónico		Endergónico
ΔG<0 espontáneo		ΔG>0 no-espontáneo
La respiración celular es un		La energía necesaria
proceso catabólico que		proviene de
permite que parte de la		la hidrólisis de
energía liberada se utilice		ATP
para sintetizar ATP		ATP = ADP + Pi
ADP + Pi = ATP		(reacción catabólica)
(reacción anabólica)
METABOLISMO

 

 

 

 

 

 

 

MOLÉCULAS CON FUNCIÓN ENERGÉTICA
Transporte de energía o modena energética
Nucleótidos tri-fosfato (ATP, GTP)
Energía fácilmente disponible para la célula
Fuente de energía o combustible celular
Hexosas (Glucosa, Galactosa, Fructosa)
Ácidos Grasos
Son degradados/oxidados en la respiración celular
para así sintetizar ATP.
Almacenamiento de energía o reserva
Almidón y Glucógeno (polisacáridos)
Aceites y Grasas (triacilglicéridos)
Es un modo de guardar dentro de las células muchas
moléculas que son fuente de energía

 

ENZIMAS

TODAS las reacciones químicas en los s.v son catalizadas por las enzimas.

Son catalizadores (cataliza = acelera las reacc.quim.) biológicos (producido por los s.v).

Reacciones químicas: Todas necesitan energía de activación: Energía necesaria para que los reactivos puedan reaccionar y formar los productos (para que A se transforme en B).

Estado de transición: Cuando la molécula está recibiendo energía para reaccionar.

  ¿Cómo se aceleran las reacciones? Acelerando la temperatura, dado que las moléculas se moverán + rápido, aumentando la energía de reacción. Pero los sistemas biológicos son muy sensibles a los cambios de temperatura.

Las enzimas son catalizadores: pueden aumentar la velocidad de las reacciones químicas sin aumento de la temperatura. Pueden hacer esto porque bajan la energía de activación necesaria para que la reacción ocurra.

Reacciones endergónicas y exergónicas

Independientemente de si las reacciones son ender o exer, estas van a necesitar energía de activación, lo que hace que tarde la reacción. La enzima baja el requerimiento de energía de activación, por lo tanto la reacción ocurre mucho + rápido.

Endergónicas: Los reactivos tienen menos energía que la de los productos (E. del reactivo < E. del producto). Son reacciones no-espontáneas.

Exergónicas: Los reactivos tienen más energía que la de los productos (E. del reactivo > E. del producto). Son reacciones espontáneas.

Características de las Enzimas

Son catalizadoras: Aceleran todas las reacciones químicas. No se modifican ni se consumen en las reacciones que catalizan. Pueden re-utilizarse para catalizar otra vez la misma reacción y son eficaces en pequeñas cantidades (pocas enzimas pueden catalizar muchas moléculas).

Aumentan la velocidad de reacción: Las reacciones catalizadas x enzimas  ocurren entre 108 a 1011 veces + rápido que sin enzimas. Son aún + rápidas que los catalizadores químicos.

Condiciones de reacción (cuando la enzima reacciona): Necesitan una temperatura óptima (25 - 40°C); necesitan un pH óptimo (la mayoría 6.5 - 7.5); y una presión atmosférica normal.

Capacidad de regulación (regular la cantidad de enzimas):

Por control en la producción de la enzima (regulación génica)

Por control del ambiente en el que se encuentra (compartimentalización)

Por modificación de la afinidad de su sitio activo (regulación alostérica)

Por la existencia de enzimas similares con distinta afinidad (isoenzimas)

Por modificación covalente (zimógenos)

Alta especificidad de reacción: Interacción estereospecífica (3-D) con el sustrato.

Son proteínas: Tienen estructura 3-D (conformación) de tipo globular.

Estructura: Su plegamiento define la existencia del sitio activo: región de la enzima que se une al sustrato, ya que es complementaria a éste tanto en forma como en distribución de cargas. Sustrato: sustancia sobre la cual actúa la enzima (reactivo).

Especificidad enzima-sustrato

El sitio activo de la enzima se una a un (o unos pocos) sustrato/s específico/s. La distribución de cargas del sitio activo es complementaria a la del sustrato. La formación del complejo enzima-sustrato facilita los cambios necesarios para que el/los sustrato/s se transforme/n en producto/s, bajando así la energía de activación.

Existen 2 modelos de unión entre la enzima y el sustrato:

Modelo llave-cerradura: La unión entre el sustrato y el sitio activo de la enzima es exacta, rígida; como una llave (sustrato) que encaja en la cerradura (sitio activo) de modo muy preciso.

Se forma temporariamente una estructura llamada complejo enzima-sustrato.

El/los producto/s tienen una forma diferente a el/los sustrato/s. Una vez que se forman los productos, éstos se separan del sitio activo, dejando el sitio activo libre para que se una con otra/s molécula/s de sustrato.

Este modelo explica la especificidad enzimática y la pérdida de actividad enzimática cuando las moléculas se enzima se desnaturalizan (porque pierde la especificidad de su forma).

Modelo de ajuste inducido: Algunas enzimas pueden cambiar su estructura tridimensional (su conformación). Cuando el sustrato se combina con la enzima, éste induce un ligero cambio en la conformación de la enzima. El sitio activo adquiere una forma que encaja perfectamente con el sustrato.

Este modelo explica por qué ciertas enzimas pueden reaccionar con diferentes sustratos de estructura similar.

Factores que afectan la actividad enzimática

• Muchas enzimas requieren de la unión a otras moléculas para catalizar la reacción química correspondiente. Estas moléculas se llaman COENZIMAS. Por ej: NAD+, NADP, FAD, CoA, ATP (derivadas de nucleótidos). Vitaminas (vit. C).

 

 

VITAMINAS	FUNCIONES	Enfermedades
		carenciales
C (ácido ascórbico)	Coenzima de algunas peptidasas	Escorbuto
	Intervienen en la síntesis de colágeno
B1 (tiamina)	Coenzima de las descarboxilasas y de las	Beriberi
	enzimas que transfieren grupos aldehídos
B2 (riboflavina)	Constituyente de los coenzimas FAD y FMN	Dermatitis y
		lesiones en mucosas
B3 (ácido pantoténico)	Constituyente del CoA	Fatiga y trastornos
		del sueño
B5 (niacina)	Constituyente de las coenzimas NAD y NADP	Pelagra
B6 (piridoxina)	Interviene en las reacciones de transferencia	Depresión, anemia
	de grupos aminos
B12 (cobalamina)	Coenzima en la transferencia de grupos metilo	Anemia perniciosa
Biotina	Coenzima de las enzimas que transfieren grupos	Fatiga, dermatitis
	carboxilo, en metabolismo de aminoácidos

• Concentración del sustrato:

El aumento de la velocidad de la reacción es directamente proporcional a la concentración del sustrato (cuanto + sustratos haya, + aumenta al velocidad). Explicación: al haber + moléculas de sustrato, aumenta la probabilidad de que se encuentren con sus moléculas de enzima.

La velocidad de la reacción aumenta más rápidamente, pero llega a un punto de saturación en el que todas las moléculas de la enzima están ocupadas catalizando la reacción. Si se aumenta la concentración de la enzima, entonces aumentará también la velocidad máxima.

 Desnaturalización: cambio estructural (o conformacional) en una proteína/enzima, debido a la pérdida de estructura tridimensional, que lleva a la pérdida de sus propiedades biológicas (deja de ser funcional). Normalmente es permanente, o sea, irreversible.

Los principales agentes desnaturalizantes son el calor y el pH. c/proteína/enzima tiene una temperatura y un pH óptimos en los cuales su actividad es la máxima.

• Acidez (pH):

Existe un pH óptimo en el que la actividad enzimática es la máxima. A medida que el pH se aleja del pH óptimo (es menor o mayor) la actividad enzimática disminuye. Explicación: los cambios en el pH hacen que cambie la distribución de cargas de la enzima, afectando a las interacciones débiles que mantienen su estructura tridimensional. El plegamiento de la enzima cambia y se modifica la forma del sitio activo de modo que el sustrato no puede unírsele. A pHs extremos las enzimas se desnaturalizan totalmente.

• Temperatura:

A partir de los 0°C hasta la temperatura óptima, a medida que la temperatura aumenta, la actividad enzimática también aumenta. Al coeficiente de este aumento se lo llama Q10: la velocidad de la reacción aprox. se duplica cada 10°C de aumento de temperatura. Explicación: al aumentar la energía calórica, aumenta la energía cinética (movimiento de las moléculas) lo que hace que aumente la probabilidad de choque entre las moléculas de sustrato y de enzima.

A partir de la temperatura óptima, a medida que la temperatura aumenta, la actividad enzimática disminuye drásticamente. Explicación: la energía cinética es tan alta que las vibraciones de los átomos que forman la enzima hacen que se rompan las interacciones débiles que mantienen la estructura tridimensional. El plegamiento se pierde y desaparece el sitio activo. Las enzimas se desnaturalizan totalmente.

Temperatura óptima: Para la mayoría de las enzimas está cerca de los 30°C. La de nuestras enzimas es cercana a los 37°C. Para muchas enzimas la temp. óptima es menor (peces de aguas frías). Unas pocas bacterias tienen enzimas que pueden soportar temp. de hasta 100°C. La mayoría de las enzimas se desnaturalizan totalmente a los 70°C.

Mecanismos de regulación enzimática

• Control de la cantidad de enzimas:

Control de la síntesis de la enzima: regulación génica (crear enzimas)

Control de la degradación de la enzima (destruir enzimas)

• Control de la actividad enzimática

Regulación alostérica: Vías metabólicas o multienzimáticas e inhibición por producto final.

• Modificación covalente

Reversible

Irreversible: zimógenos

• Isoenzimas
• Compartimentalización

REGULACIÓN GÉNICA

Se controla la presencia o no de la enzima mediante la represión o inducción de su síntesis a nivel de la expresión del gen que al codifica (tiene la información para la secuencia de aminoácidos de esa enzima)

Esto ocurre con enzimas que sólo son necesarias bajo circunstancias poco frecuentes. Sólo ante la presencia de cierta molécula se producirá la síntesis de las enzimas reguladoras de este modo. Es un mecanismo de control lento ya que implica que ocurran dos procesos: transcripción (síntesis de ARN) y traducción (síntesis de proteínas).

                  

Degradación de enzimas: Cuando ya la enzima no debe actuar se desencadena algún mecanismo que activa una enzima proteolítica o preteasa (enzima que hidroliza proteínas) específica de la enzima que debe ser degradada. De este modo se evita que la enzima siga actuando en condiciones en las que esto no debe ocurrir.

REGULACIÓN ALOSTÉRICA

  Enzimas alostéricas: tienen estructura cuaternaria (+ de una subunidad, o sea, 2 o + polipéptidos), por lo tanto tienen más de un sitio activo de unión al sustrato.

Cada subunidad tiene un sitio alostérico al que se une (por interacciones débiles) un modulador (que cambia la forma del sitio activo) que puede ser negativo (- afinidad entre el sitio activo y el sustrato) o positivo (+ afinidad entre el sitio activo y el sustrato).

  Los moduladores alostéricos son moléculas que, al unirse al sitio alostérico (distinto del sitio activo) modifican de manera positiva o negativa la afinidad de la enzima por el sustrato.

Modulador alostérico positivo: aumenta la actividad enzimática.

Modulador alostérico negativo: disminuye la actividad enzimática.

  Las enzimas alostéricas muestran una cinética sigmoidea (con forma de S) y un efecto cooperativo: La unión de una primera molécula de sustrato favorece la unión de otras moléculas ya que al unirse cambia la estructura de la enzima (o sea, cuando una molécula logra unirse hace que las demás puedan unirse + facilmente)

Aclarando conceptos

Cuando se mide la actividad o velocidad enzimática vs. la concentración del sustrato se obtiene una curva de cinética. Las proteínas de estructura 3° muestran una curva michaeliana, mientras que las de estructura 4° pueden mostrar una curva sigmoidea

Afinidad: es la eficacia con la que la proteína se une a la molécula con la que interactúa. El valor Km (concentración de sustrato a la cual la velocidad es la mitad de la máxima) da una idea de afinidad. Cuanto más bajo es el Km, mayor es la afinidad; y cuando mayor sea el Km, menor será la afinidad.

  Vías metabólicas o multienzimáticas: Las reacciones enzimáticas están organizadas en rutas o vías metabólicas en donde cada enzima cataliza una reacción (vías multienzimáticas). Por lo tanto, el producto de cada reacción es el sustrato de la siguiente.

Inhibición por producto final: El producto final de una vía (o una rama de la vía) actúa como modulador negativo de la enzima que controla el comienzo de dicha vía (o su ramificación). Este es un mecanismo de retroalimentación negativa

      

Esto impide la:

• Utilización innecesaria del primer sustrato
• Acumulación del producto final
• Acumulación de intermediarios

 

Ejemplo: inhibición por producto final en la síntesis de aminoácidos.

• Cada enzima está representada por una flecha negra.
• Las flechas fucsia indican inhibición por producto final sobre esas enzimas.
• Notar que hay isoenzimas que catalizan el paso inicial y cada una es inhibida por diferentes productos. ISOENZIMAS: enzimas que catalizan la misma reacción.

Modificación covalente (formar o romper enlaces covalentes)

  Reversible (pasar de inactivo a activo y viceversa):

Otra molécula aporta un grupo funcional que se une a la enzima y modifica su conformación y por lo tanto su estado de activación. La unión de este grupo funcional es mediante un enlace covalente y está catalizada por una segunda enzima. Si existe una tercera enzima que remueve el grupo que se había unido, entonces esta modificación es reversible.

Ej: Adición o remoción de grupos fosfato sobre residuos de Serina, Treonina o Tirosina específicos de la enzima. Quinasas de proteínas, familia de enzimas que catalizan reacciones de fosforilación, utilizan como dador del grupo fosfato ATP. Fosfatasas de proteínas separan los grupos fosfatos de las enzimas fosforiladas.

Situaciones en las que se regula mediante modificación covalente: Suele haber fenómenos de modificación covalente de enzimas en la respuesta celular a señales químicas: Neurotransmisores, Hormonas, Factores de crecimiento, Estímulos morfogénicos y de diferenciación, Muerte celular programada (apoptosis), Estímulos antigénicos, Luz y otros agentes físico-químicos.

  Irreversible: ZIMÓGENOS

La enzima no se sintetiza como tal sino que se produce una proteína similar que no tiene actividad enzimática (zimógeno) Un zimógeno es una proteína con el sitio activo tapado, por lo tanto no tiene actividad enzimática activa.

El zimógeno se transforma en la enzima activa mediante la ruptura de algunos enlaces peptídicos y la pérdida de algunos aminoácidos. Esta situación es irreversible. Estas enzimas dejan de actuar cuando se degradan.

Ej: activación de enzimas digestivas:

La pepsina degrada proteínas del estómago. Es sintetizada en células glandulares de la pared del estómago como pepsinógeno (zimógeno). Si termina con nógeno, entonces es un zimógeno

Isoenzimas

Son diferentes formas moleculares de una misma enzima. Son codificadas por genes diferentes; tienen diferente composición de aminoácidos; catalizan la misma reacción (mismos sustratos y productos); tienen diferente afinidad (Km) y se las encuentra en diferentes tejidos.

Compartimentalización

Las enzimas sólo pueden actuar en condiciones óptimas. Si una enzima está en un medio donde las condiciones de temperatura y/o pH están alejadas del óptimo, la enzima estará inactiva o se desnaturalizará. Ej: dentro del estómago (pH= 2) la pepsina está activa, cuando pasa al intestino delgado (pH= 7) se desnaturaliza. Dentro de los lisosomas (pH= 2) las enzimas hidrolíticas que hacen digestión se liberan al citoplasma (pH= 7) y se desnaturalizan.

En resumen

 

MECANISMOS DE REGULACIÓN ENZIMÁTICA
Mecanismo	Características
Regulación génica	Control de la presencia o no de la enzima mediante
	la represión o inducción de su síntesis.
	Sólo ocurre con enzimas necesarias sólo bajo
	circunstancias poco frecuentes, y sólo ante la presencia
	de cierta molécula. Es un mecanismo lento y
	posee 2 procesos: transcripción y traducción
Alostérica	Enzimas con estructura cuaternaria (poseen + de 1 sitio
	activo). Cada subunidad posee un sitio alostérico al
	que se le une un modulador positivo o negativo
	Muestran una cinética sigmoidea, efecto cooperativo
	y la inhibición por producto final
Irreversible:	Proteína que no tiene actividad enzimática porque
	su sitio activo está tapado . Se transforma en la enzima
Zimógenos	activa mediante la ruptura de un enlace covalente.
	Estas enzimas dejan de actuar cuando se degradan
Reversible:	Adición o remosión de grupos fosfatos sobre residuos
	de Serina, Treonina o Tirosina específicos de la enzima.
Modificación	Quinasas de proteínas utilizan como dador del grupo
covalente por	fosfato al ATP. Fosfatasas de proteínas separan los grupos
fosforilización	fosfatos de las enzimas fosforiladas
Isoenzimas	Diferentes formas moleculares de una misma enzima.
	Son codificadas por genes diferentes
	Tienen diferente composición de aminoácidos
	Catalizan la misma reacción
	Tienen distinta afinidad
	se las encuentra en diferentes tejidos

 

MEMBRANA CELULAR

La célula debe mantener un ambiente interno adecuado (homeostasis) para llevar a cabo el metabolismo. Esto es posible porque las células están separadas del exterior por una membrana plasmática que las limita. Las membranas internas también limitan a las estructuras subcelulares (organelas u orgánulos). Las diferentes proteínas presentes en las membranas permiten a las diferentes células y organelas realizar distintas funciones.

 

Funciones de las membranas

• Proteger y limitar a la célula y a sus organelas.
• Controlar la entrada y salida de sustancias de las células y de las organelas.
• Detectar sustancias específicas debido a los receptores de membrana presentes que se unen a sustancias que actúan como señales químicas (ej: hormonas, neurotransmisores)
• Permitir el reconocimiento celular (Ej: CMH)
• Proveer sitios de anclaje para los filamentos del citoesqueleto y para los componentes de la matríz extracelular. Esto permite a la célula mantener su forma y en algunos casos moverse a otros sitios. También permite mantener la estructura de los tejidos.
• Ayuda a compartimentalizar la célula (organelas).
• Proveer un sitio estable para enzimas que tienen sus sitios activos orientados hacia el exterior o el interior de las células.
• Comunicar células por la interacción de proteínas especializadas que forman uniones (Ej: uniones estrechas, plasmodesmos).

Estructura de las membranas

Modelo de mosaico fluido: “fluido” porque los lípidos y proteínas se mueven lateralmente, rotan y, raramente, se mueven de una cara a la otra de la membrana (flip-flop); “mosaico” porque las proteínas están dispersas a través de la bicapa de fosfolípidos.

Bicapa de fosfolípidos:

• Cada fosfolípido tiene una cabeza (hidrofílica) y 2 colas (hidrofóbicas).
• Grosor de la membrana: 10 nm.
• Se encuentran pequeñas moléculas de colesterol entre los fosfolípidos (sólo en células animales).

Proteínas de la membrana:

• Integrales o intrínsecas: atraviesan completamente la bicapa o están embebidas en ella parcialmente.
• Periféricas o extrínsecas: adosasas a la cara interna de la bicapa lipídica.

Glicoproteínas y glicolípidos:

• Con una cadena de oligosacáridos unida mirando a la cara extracelular. Están unidos a proteínas.
• Glicoproteínas: Oligosacárido + Proteína.
• Glicolípidos: Oligosacárido + Lípido.

Estructura de los fosfolípidos

Son anfipáticos: 2 colas hidrofóbicas o no-polares (cadenas hidrocarbonadas); y 1 cabeza hidrofílica o polar (grupo fosfato).

Orientación en la bicapa:

Los fosfolípidos se alinean en la misma dirección en c/capa. Se mantienen juntos debido a interacciones débiles (hidrofóbicas y de Van der Waals).

Las colas se posicionan alejándose del agua, hacia el centro de la bicapa

Las cabezas se posicionan hacia el agua, mirando hacia afuera de la membrana.

Fluidez de las membranas

Fluidez: Movimiento, lo contrario a rigidez.

La mayoría de los lípidos y algunas proteínas pueden moverse lateralmente a través de las membranas.

El colesterol (solo presente en células animales) interrumpe el apretado empaquetamiento de los fosfolípidos, ayudando a regular la fluidez. Al mismo tiempo el colesterol mantiene unidas a las cabezas de los lípidos estabilizando y fortaleciendo la membrana.

La fluidez es importante en la ruptura y rearmado de las membranas (ej: endocitosos y exocitosis). Tiene que tener fluidez óptima para funcionar bien.

Las bicapas con una alta proporción de ácidos grasos insaturados son + fluidas.

Las bicapas con una alta proporción de ácidos grasos saturados son - fluidas.

Efecto de la temperatura sobre el empaquetamiento de las colas hidrocarbonadas

A bajas temperaturas la bicapa está en un estado de gel y estrechamente empaquetada. A menor temperatura, la membrana celular será + rígida.

A altas temperarutas (la corporal) la bicapa es fluida, las moléculas de lípidos se mueven, rotan e intercambian lugares. A mayor temperatura, la membrana celular será - rígida.

Colesterol

La cantidad de colesterol puede variar con el tipo de membrana. Las membranas plasmáticas en animales tienen casi un colesterol por fosfolípido. Otras membranas como la de las bacterias y las vegetales no tienen colesterol.

Tienen la misma orientación que las moléculas de fosfolípicos: la cabeza polar del colesterol está alineada con la cabeza polar de los fosfolípidos.

  Funciones: Regula la fluidez de la membrana. Hace a la bicapa menos deformable y disminuye su permeabilidad a moléculas pequeñas hidrosolubles. Evita la cristalización de la bicapa. Separa las colas de los fosfolípidos pero mantiene unidas las cabezas, haciendo que la membrana sea ni muy fluida ni muy rígida.

 

En resumen

Glicolípidos de membranas

Se proyectan hacia el espacio extracelular.

Función: Actúan como receptores (interacción con otra célula) y en el reconocimiento celular (identificador de la célula).

Proteínas de la membrana

La función específica de la célula la determinan las proteínas que las integran, o sea, la especificidad de c/célula está dado por las proteínas que posee.

Existen 2 principales grupos de proteínas de membrana: integrales y periféricas. Las membranas son asimétricas fundamentalmente en términos de sus proteínas.

Proteínas integrales o intrínsecas: Son proteínas transmembrana que poseen aminoácidos hidrofóbicos que les permiten atravesar la región hidrofóbica de la membrana; y tienen aminoácidos polares en las regiones en contacto con medios acuosos.

Proteínas periféricas o extrínsecas: Se unen a los fosfolípidos o a proteínas integrales del lado citoplasmático de la membrana.

Funciones de las proteínas de membrana:

Anclaje al citoesqueleto: El citoesqueleto puede estar unido a proteínas de membrana. Esto permite mantener y dar forma a la célula y fija la localización de ciertas proteínas.

Adhesión celular:

Receptores:

Membranas celulares - TRANSPORTE

TRANSPORTE PASIVO

  NO requiere energía proveniente del ATP. Utiliza la energía cinética de las moléculas (movimiento browniano). Son espontáneos: ΔG<0

Es el movimiento de solutos de una región con alta concentración a una de menor concentración = a favor del gradiente de concentración (va de + concentración a - concentración). Se llama gradiente de concentración a la diferencia entre las regiones de alta concentración y baja concentración.

Todos los procesos pasivos son impulsados/provocados por procesos activos.

  Difusión: Transporte pasivo a favor del gradiente.

Las partículas en un líquido o gas se mueven desde regiones de alta concentración hacia regiones de baja concentración hasta que se igualan las concentraciones.

 

Soluto: sustancia que se disuelve para formar una solución.

Solvente: sustancia en la cual se disuelve el soluto.

Solución: mezcla homogénea de 1 o + solutos disueltos en un solvente.

Concentración: relación entre la cantidad de soluto y la cantidad determinada de solvente o de solución. La unidad usada es la molaridad (M)

 

A mayor gradiente de concentración, mayor la velocidad de difusión.

A menor gradiente de concentración, menor es la velocidad de difusión.

La difusión ocurre porque las moléculas en gases y líquidos se están moviendo debido a su propia energía cinética. El movimiento aleatorio de las moléculas se llama movimiento browniano.

  Difusión simple: las moléculas pasan libremente a través de la bicapa.

• Moléculas pequeñas, hidrofílicas (solo porque son muy pequeñas), sin carga (los iones no pasan libremente) ej: agua (osmósis), etanol, urea, glicerol.
• Moléculas pequeñas y medianas, hidrofóbicas. ej: O₂ y CO₂ (pequeñas), hormonas esteroides y vitaminas liposolubles (medianas).

En resumen:

DIFUSIÓN SIMPLE
Moléculas	Pasan por la bicapa
Polares grandes	NO
(glucosa, aminoácidos,
proteínas, etc)
Polares pequeñas sin	SI
carga neta (agua, urea
glicerol, etc)
Polares pequeñas con	NO
carga neta (iones)
No polares (oxígeno,	SI
nitrógeno, hormonas
esteroides, etc)

Difusión facilitada: el transporte es facilitado por proteínas.

• Moléculas pequeñas, hidrofílicas, con carga (iones) pasan a través de proteínas canal: proteínas integrales de membrana que forman corredores que permiten que un ión específico atraviese la membrana.
• Moléculas medianas, hidrofílicas (Ej: monosacáridos, nucleótidos, aminoácidos) que pasan ayudadas por proteínas transportadoras o carrier: proteínas integrales de membrana que sufren un cambio en su estructura que trasloca los sitios unidos al soluto al otro lado de la membrana.

Especificidad y Saturación:

  Siendo los canales y transportadores proteínas, el transporte es específico (existen proteínas canal y transportadoras específicas para c/molécula) y saturable: la velocidad de difusión se va limitando por el número de proteínas transportadoras.

 

 

Factores que afectan la velocidad de difusión

  La Ley de Flick dice que la velocidad de difusión es:

• constante para cierta sustancia a cierta temperatura (si la temperatura no es constante podría desnaturalizarse la proteína).
• aumenta con la superficie.
• aumenta con la diferencia de concentración.
• disminuye con el grosor de la superficie de intercambio (distancia).

Podemos observar adaptaciones en todos los órganos donde la difusión es un proceso importante. ej: vellosidades en el intestino delgado, alvéolos en los pulmones, proyecciones en la placenta.

OSMOSIS

  Movimiento pasivo (difusión) de moléculas de agua (libres) a través de una membrana parcialmente permeable: bicapa de fosfolípidos y a través de acuaporinas (proteínas canal específicas).

La osmosis ocurre en:

• desde una región de baja concentración (de soluto) hacia una región de alta concentración (de soluto) = en contra del gradiente de concentración (de soluto).
• desde una región de alta concentración de moléculas de agua libres hacia una región de baja concentración de moléculas de agua libres = a favor del gradiente de concentración (de moléculas de agua).

Tipo de soluciones (2 soluciones separadas por una membrana)

HIPERTÓNICA: La concentración (de soluto) es mayor que dentro de la célula: la célula perderá agua.

HIPOTÓNICA: La concentración (de soluto) es menor que dentro de la célula: la célula ganará agua.

ISOTÓNICA: La concentración (de soluto) es la misma que dentro de la célula: no habrá movimiento neto de agua.

En relación con las células vegetales:

• Hipotónica: Entra agua, se genera turgencia. Da soporte a la planta.
• Isotónica: no hay cambio.
• Hipertónica: Sale agua, plasmólisis. La planta se marchita.

Balance de agua en células sin pared celular (células animales):

TRANSPORTE ACTIVO

Requiere energía proveniente de la hidrólisis de ATP (ATP " ADP + Pi).

Es no-espontáneo: ΔG>0

Los iones son transportados en contra del gradiente de concentración. Los iones pasan ayudados por proteínas bomba (proteínas integrales específicas). Este transporte involucra un cambio conformacional en la bomba. Ej: bomba sodio (Na⁺)-potasio(K⁺), bomba de hidrógeno (H⁺), bomba de calcio (Ca²⁺).

	IONES
Gasto de ATP	SI	NO
	Activo	Pasivo
Dirección	Contra	A favor del
	gradiente	gradiente
Tipo de proteína	Bomba	Canal

Las proteínas bomba tienen función enzimática: rompe ATP (ATPasa)

Transporte y termodinámica

La difusión es un proceso espontáneo que no gasta energía (ΔG<0). Para que ocurra la difusión tiene que existir una diferencia en las concentraciones (gradiente).

La generación de ese gradiente siempre depende de algún proceso que gasta energía (ΔG>0), no-espontáneo.

Transporte pasivo vs. transporte activo

TRANSPORTE EN MASA - Endocitosis y Exocitosis

Se consume ATP indirectamente: los microtúbulos del citoesqueleto lo gastan al transportar las vesículas a través del citoplasma. Debido a esto el transporte en masa es un tipo de transporte activo.

Exocitosis: Las vesículas transportadoras migran desde el aparato de Golgi hacia la membrana plasmática, fusionándose con ella, y liberando su contenido.

Endocitosis: Las células absorben macromoléculas. La membrana plasmática se pliega hacia dentro (se invagina) formando una vesícula.

Esto es posible por la fluidez de la membrana, porque se puede romper y regenerarse fácilmente, debido a que los fosfolípidos no están unidos covalentemente sino atraídos entre sí por uniones débiles.

Tipos de endocitosis:

  Fagocitosis: la célula engloba grandes partículas (bacterias, glóbulos rojos, etc.). Es el mecanismo de alimentación de organismos unicelulares.

  Pinocitosis: la célula “traga” gotas de fluido (algo lípido) extracelular en pequeñas vesículas. La célula necesita las moléculas disueltas en la solución. Cualquier soluto puede ingresar a la célula, la pinocitosis no es específica.

  Endocitosis mediada por un receptor: permite a la célula adquirir grandes cantidades de una sustancia específica, aún si no están en alta concentración fuera de la célula. En la membrana hay proteínas integrales con sitios receptores específicos expuestos hacia el fluido extracelular. Las proteínas receptoras están agrupadas en regiones de la membrana recubiertas en su cara citoplasmática por proteínas de cobertura. Las moléculas específicas reconocidas por los receptores (ligandos) se unen a estos. Cuando esto ocurre, esa región de la membrana forma una vesícula conteniendo a las moléculas ligando. Ej. de ligandos: VIH, lipoproteínas conteniendo colesterol.

En resumen

 

Proceso	Fuente de energía	Descripción	Ejemplo
PROCESOS PASIVOS
Difusión	Energía cinética	Movimiento de moléculas a favor del	Movimiento de oxígeno
		gradiente de concentración (iones NO
simple	de las partículas	pueden atravesar la membrana así)	a través de la bicapa
Difusión por	Energía cinética	Movimiento de iones a favor del gradiente	Movimiento de sodio a
		de concentración a través de proteínas	través de canales de
canales	de los iones	(integrales) canal	sodio
Difusión	Energía cinética	Movimiento de moléculas a favor del	Movimiento de glucosa a
		gradiente de concentración a través	través de proteínas
facilitada	de las moléculas	de proteínas (integrales) transportadoras	transportadoras de glucosa
Osmosis	Energía cinética	Movimiento de moléculas de agua a través	Movimiento del agua a
		de una membrana semi-permeable en
	de las moléculas	contra del gradiente de concentración (de	través de la bicapa o de
	de agua	solutos) y a favor del gradiente (de mol. agua)	acuaporinas
PROCESOS ACTIVOS
Transporte	Hidrólisis de ATP	Movimiento de iones en contra del	Movimiento en sentidos
		gradiente de concentración a través de	opuestos de sodio y potasio
activo		proteínas (integrales) bomba	a través de bombas de Na-K
Exocitosis		Vesículas se movilizan por el citoplasma, se	Secreción de insulina en
		fusionan con la membrana plasmática y
		liberan su contenido al exterior	las células pancreáticas
Endocitosis		La membrana plasmática se pliega hacia	Fagocitosis, Pinocitosis y
		adentro formando una vesícula que se	endocitosis mediada por
		mueve hacia el interior de la celula	receptor

 

CÉLULA PROCARIOTA / PROCARIONTES / PROCARIÓTICAS

Estructura: “karios = núcleo; “pro” = previo.

No tienen núcleo ni tampoco poseen ninguna estructura interna con membrana.

Lo marcado en negro es lo que poseen todas las células procariotas.

Membrana Plasmática: controla la entrada y salida de sustancias.

Citoplasma: sitio donde ocurre el metabolismo (reacciones químicas).

Ribosomas: síntesis de proteínas.

Región nucleoide: Zona donde está el ADN circular desnudo. Contiene ADN, por lo que controla todos los procesos celulares.

Pared celular: mantiene la forma, da protección, evita el ingreso excesivo de agua y da anclaje a los pili y flagelos. Está constituida por peptidoglicanos.

Plásmidos: pequeñas moléculas de ADN circular extracromosómico que se replican en forma independiente. Poseen genes que no son indispensables pero le otorgan una ventaja a las bacterias. Ej.: genes de resistencia a antibióticos.

Pili: formados por proteínas. De pegado o unión a otras células y de conjugación: permiten la transferencia de plásmidos entre bacterias.

Flagelos: formado por proteínas. Permiten el desplazamiento de las bacterias en un ambiente fluido.

Las células se dividen por fisión binaria.

CÉLULAS EUCARIOTAS - ANIMAL

  Resultado de la endosimbiosis (“endo”: endocitosis; “simbiosis”: 2 organismos que se benefician uno del otro, tanto que se necesitan mutuamente).

Las células eucariotas se forman a partir de la endocitosis entre las células procariotas. Debido a esto, las mitocondrias y los cloroplastos son parecidos a las bacterias.

 

• Membrana plasmática:
• Estructura: bicapa lipídica de fosfolípidos con proteínas integrales y periféricas. En células animales contiene colesterol.
• Función: límite selectivamente permeable entre la célula y el ambiente extracelular. Controla la entrada y salida de sustancias. Comunica a las células entre sí.
• Núcleo:
• Estructura: limitado por una doble membrana con poros. Contiene ADN asociado a proteínas (histonas) que forman la cromatina.
• Función: controla todas las funciones celulares (debido a que contiene ADN).
• Citoplasma: citosol + citoesqueleto + organelas

Citosol

• Estructura: fluido gelatinoso que contiene agua, sales minerales y moléculas orgánicas. (ej: enzimas).
• Función: es el lugar donde ocurren muchas de las reacciones químicas (metabolismo) de la célula, ya que en el citosol están las enzimas.

Citoesqueleto

• Estructura: es la red dinámica de proteínas fibrosas y tubulares (microfilamentos y microtúbulos).
• Función: actúa como sistema de soporte para las organelas. Participa de la división celular. Mantienen la forma de la célula.

  Elementos del citoesqueleto (microtúbulos, microfilamentos y filamentos intermedios):

  MICROTÚBULOS:

• Estructura: túbulos formados por subunidades de
• Función:
• estructura, forma y soporte.
• desplazamiento de vesículas (endocitosis, exocitosis).
• estructura interna de cilias y flagelos.
• centriolos y fibras del huso (división celular).

Cilios y Flagelos:

• Estructura: prolongaciones de la membrana plasmática con una estructura interna formada por microtúbulos. Las cilias son cortas y muchas, mientras que los flagelos son largos y pocos (1 o 2).
• Función: movilidad celular.

Centríolos:

• Estructura: formados por 9 tripletes de microtúbulos. Están de a pares en forma perpendicular.
• Función: participan en la división celular (solo en células animales).

  MICROFILAMENTOS:

• Estructura: filamentos formados por unidades de
• Función:
• movimientos ameboides (parecido a las amebas). ej: desplazamiento de ciertos glóbulos blancos en los tejidos.
• contracción celular en la citocinesis (“extrangulamiento” del citoplasma para la división celular).
• contracción de moléculas musculares (por interacción de filamentos de miosina).
• corrientes citoplasmáticas.

  FILAMENTOS INTERMEDIOS: (sólo en células animales)

• Estructura: filamentos formados por fibras de
• Función:
• anclaje a la matriz extracelular.
• fundamental en la formación de tejidos animales.

Matriz extracelular:

• Estructura: formada por una red de glicoproteínas y polisacáridos producidos y secretados por distintas células animales.
• Función: soporte, adhesión y desplazamiento de células.

 

Organelas

  Peroxisomas:

• Estructura: vesículas (esferas formadas por membrana) que contienen oxidasas y
• Función: degradación de peróxido de hidrógeno (agua oxigenada) y ácidos grasos de cadena muy larga (24 y 26 carbonos).

Función de las oxidasas:

• acortamiento de ácidos grasos de cadena muy larga.
• oxidación de la cadena lateral del colesterol.
• oxidación de aminoácidos y ácido úrico (utilizando oxígeno molecular, con formación de agua oxigenada = peróxido de hidrógeno).

Función de la catalasa:

• degradación del peróxido de hidrógeno (altamente tóxico), transformándolo en agua y oxígeno molecular.

  Ribosomas:

• Estructura: formado por dos subunidades compuestas por proteínas y ARN. Se los encuentra libres en el citoplasma o sobre el retículo endoplasmático rugoso.
• Función: síntesis de proteínas.

Sistema de endomembranas

Retículo Endoplasmático Rugoso (RER):

• Estructura: túbulos de membrana interconectados con ribosomas adosados a su superficie extrema. Es “rugoso” porque posee ribosomas. Está conectado directamente con el núcleo.
• Funciónes: síntesis y transporte de proteínas
• de exportación (o secreción), o sea, fuera de la célula.
• integrales de membrana (prot. canal, bomba, etc.)
• enzimas lisosomales.

Retículo Endoplasmático Liso (REL):

• Estructura: túbulos de membrana interconectados sin ribosomas adosados.
• Funciones:
• síntesis de lípidos.
• detoxificación (degradar sustancias tóxicas): degradación de alcohol y drogas hidrofóbicas (las transforma en sustacias hidrofílicas y así pueden eliminarse por orina). Esto ocurre en el hígado.
• reserva de Ca++ (músculo).
• glucogenólisis: hidrólisis del glucógeno (hígado).

Aparato de Golgi:

• Estructura: pila de sacos membranosos aplanados (cisternas).
• Función:
• recibe proteínas y lípidos producidos en RER y REL.
• a algunos los modifica (glicosilación: agregado de oligosacáridos)
• los selecciona o clasifica.
• los “empaqueta” en vacuolas.

Destinos para las proteínas recién sintetizadas

Lisosomas:

• Estructura: vesícula membranosa (formada a partir del Aparato de Golgi) que contiene enzimas hidrolíticas (degradadoras). Dentro de la vesícula el Ph es más bajo (Ph= 5) en comparación con la célula (Ph= 7.2). Poseen proteínas bomba en su membrana.
• Función: digestión intracelular de organelas viejas intracelulares y material que ingresó por endocitosis.

  Los lisosomas poseen en su membrana proteínas bomba de H+ para poder generar el bajo Ph (ácido) necesario para la actividad de las enzimas hidrolíticas en su interior.

Mitocondria:

• Estructura: rodeada por dos membranas. La interna está plegada formando crestas. Tiene ADN y ribosomas propios.
• Función: ocurren las etapas aerobias de la respiración celular, por lo que se produce ATP. Oxidación ácidos grasos cortos.

Características:

• Tiene su propio ADN y ribosomas:
• ocurre transcripción y traducción, es decir, se sintetiza proteínas (sólo el 1%, el resto de las proteínas mitocondriales se sintetizan en el citoplasma).
• replica o sintetiza copias de su propio ADN (antes de dividirse para producir + mitocondrias).

·       ß-oxidación de ácidos grasos cortos (de 22 o menos C)

·       Ocurren las etapas aerobias de la respiración celular.

 

CÉLULAS EUCARIOTAS - VEGETAL

Cloroplastos:

• Estructura: sacos apilados (tilacoides) que contienen clorofila, rodeados por una doble membrana.
• Función: fotosíntesis (conversión de energía lumínica en química, almacenada en la glucosa).

Pared celular:

• Estructura: pared rígida formada principalmente por celulosa (en células vegetales).
• Función: mantiene la forma de la célula, evita el ingreso excesivo de agua y mantiene rígida a la planta.

Vacuola central o Tonoplasto:

• Estructura: gran vacuola rodeada por membrana que contiene agua y sustancias disueltas
• Funciones:
• almacenamiento de sustancias de desecho.
• estructural por turgencia.
• digestión intracelular.

 

Diferencias entre distintos tipos de células

 

ORGÁNULO	CÉLULA	CÉLULA		PRINCIPALES
		EUCARIONTE
	PROCARIONTE	ANIMAL	VEGETAL	FUNCIONES
Membrana	SI			Controla la entrada y
plasmática				salida de sustancias
Pared	SI	NO	SI	Mantiene la forma, da
				protección y evita el
celular				ingreso excesivo de agua
Envoltura	NO	SI		Controla ingreso de proteínas
nuclear				y salida de ARN mensajero
ADN	SI			Contiene (es) la
				información genética
Ribosomas				Síntesis de proteínas
RER	NO	SI		Síntesis y transporte de proteínas
				(de exportación, integrales de
				membrana y enzimas lisosomales)
REL				Síntesis de lípidos, detoxificación,
				reserva de Ca++ y glucogenólisis
Complejo				Recibe proteínas y lípidos de los
				retículos, algunas son modificadas,
de Golgi				las clasifica y empaqueta en vacuolas
Mitocondrias				Etapas aerobias de la respiración
				celular, produce ATP y oxida ácidos
				grasos cortos
Plásmidos	SI	NO		Posee genes no indispensables que
				otorgan ventajas a las bacterias
Lisosomas	NO	SI		Digestión intracelular de organelas
				viejas intracelulares y material
				ingresado por endocitosis
Peroxisomas				Degradación de agua oxigenada y
				ácidos grasos de cadena muy larga
Vacuolas		SI		Peroxisomas en animales
		(pequeñas)	(1 grande)	Almacenan desechos y dan
				estructura por turgencia en vegetales
Cilios y	Flagelos	SI		Movilidad celular
flagelos
Centríolos	NO	SI	NO	División celular de célula animal

 

 

 

PROCARIOTA	EUCARIOTA
1 molécula de ADN	Muchas moléculas de ADN
circular (y plásmidos)	lineal (sin plásmidos)
ADN desnudo	ADN asociado a proteínas
	(histonas)
ADN en el citoplasma	ADN dentro de una
(zona nucleoide)	envoltura nuclear
Ausencia de organelas	Presencia de organelas
rodeadas por membrana	rodeadas por membrana
Ribosomas 70S	Ribosomas 80S
(+ pequeños)	(+ grandes)
NO poseen	Tienen membranas internas
membranas internas	(compartimentalización)

VEGETAL	ANIMAL
Poseen pared	NO poseen
celular (de celulosa)	pared celular
Pueden tener o no	NO poseen
cloroplastos	cloroplastos
Gran vacuola central	No poseen
presente	grandes vacuolas
NO poseen	Poseen
centríolos	centríolos

 

RESPIRACIÓN CELULAR

Mecanismo catabólico y exergónico

Definición: es la liberación controlada de energía, que permite formar ATP a partir de compuestos orgánicos, en las células.

• Controlada: ocurre dentro de las células, con muchos pasos intermedios, mediada por enzimas y moléculas transportadoras de electrones.
• ATP: molécula que cuando es hidrolizada (se rompen los enlaces de los grupos fosfato) libera energía química utilizable por la célula. También se libera energía inutilizable para la célula (energía calórica).
• Compuestos orgánicos: monosacáridos, ácidos grasos y, en última instancia, aminoácidos. Estas moléculas al romperse liberan energía química que, en parte, puede utilizarse para sintetizar ATP a partir de ADP + Pi.

Importancia:

• Gran parte de las funciones celulares que consumen energía la obtienen a partir de la hidrólisis del ATP
• Transporte activo.
• Contracción muscular.
• Síntesis de moléculas.
• División celular, etc.
• Por lo tanto es fundamental que exista un proceso que permita sintetizar ATP. o sea, un proceso que provea la energía necesaria para formar el enlace covalente entre el 2do grupo fosfato del ADP y el 3er grupo fosfato (Pi: fosfato inorgánico).

Aspecto energético:

• La energía química contenida en las moléculas orgánicas (generalmente glucosa o ácidos grasos) se libera al romperse estas moléculas.
• Un pequeño porcentaje de esta energía (10 al 20%) se utiliza para sintetizar ATP, molécula que contiene energía química utilizable por la célula.
• El resto de la energía química liberada se pierde en forma de energía calórica.

Coenzimas necesarias:

• Estas moléculas son necesarias para que ciertas enzimas puedan actuar y además son capaces de tomar electrones (e-) y protones (H+), es decir, reducirse y luego oxidarse (ceder e- y H+).

OXIDACIÓN	REDUCCIÓN
Molécula que	Molécula que
gana oxígeno	pierde oxígeno
o	o
que pierde	que gana
iones hidrógeno	iones hidrógeno
o electrones	o electrones

COENZIMAS

(derivados de nucleótidos)

FORMAS OXIDADAS

NAD+

FAD+

NADP+

FORMAS REDUCIDAS

NADH

FADH

NADPH

 

 

 

 

 

 

La oxidación y la reducción están acopladas: para que ciertas moléculas se oxiden, tiene que haber otras que se reduzcan. Por eso son necesarias las coenzimas NAD (Nicotinamida Adenina Dinucleótido) y FAD (Flavina Adenina Dinucleótido).

 

 

Primera etapa: GLUCÓLISIS

• La glucosa se degrada, oxidándose parcialmente a ácido pirúvico.
• Lugar:
• Condiciones: aerobias (con O₂) o anaerobias (sin O₂).
• Sustrato: 1 molécula de glucosa (C₆H₁₂O₆).
• Productos: 2 moléculas de ácido pirúvico o piruvato (C₃H₄O₃).
• Coenzimas reducidas obtenidas: 2 NADH + H⁺
• Rendimiento energético: 2 ATP.

Las enzimas necesarias para la glucólisis se sintetizan en los ribosomas libres en el citoplasma.

Glucólisis: Primero la glucosa “se activa”, para lo cual se consume 2 ATP. Después se rompe dando lugar a 2 moléculas de 3 carbonos (piruvato), produciendo 4 ATP, y al oxidarse la glucosa se producen 2 NADH (NAD reducido).

Regulación enzimática: Enzima alostérica (inhibición por producto final)

En ausencia de oxígeno: Respiración anaerobia o fermentación

• En ausencia de O₂ la glucosa sólo se oxida a piruvato (oxidación parcial), por lo que el rendimiento energético es solo de 2 ATP.
• El problema es que debe re-oxidarse el NADH (que se redujo de la glucólisis), para que siga produciéndose el proceso y por lo tanto ATP.
• Evolutivamente aparecieron varias reacciones químicas que permiten esto. Estas son distintas variantes de lo que llamamos fermentación.
• Lugar: citoplasma.
• No se produce ATP.
• Se obtiene nuevamente NAD+ (oxidado).

Resumiendo:                         produce 2 ATP y NADH

1. anaerobia = glucólisis + fermentación (para volver a obtener NAD+).

no produce ATP                    oxidar NADH obtenido x glucólisis

  Fermentación Alcohólica (porque su producto final es el alcohol).

Organismos: levaduras (hongos unicelulares eucariotas).

• En presencia de oxígeno hacen respiración aeróbica.
• En ausencia de oxígeno hacen fermentación alcohólica.
• 2 piruvirato 2 etanol + 2 dióxido de carbono

Producción de bebidas alcohólicas (vino, cerveza, sidra, champagne)

• Uva: contiene glucosa y en su cáscara naturalmente crecen levaduras. Al pisarla se ponen en contacto las levaduras con la glucosa.

Producción de panificados (panes, tortas, pizza, etc.)

• Harina: contiene almidón que es degradado a glucosa. Las levaduras se agregan a la masa.

CONDICIONES: Ausencia de oxígeno, presencia de agua y temperatura óptima (porque cada reacción está catalizada por enzimas, que necesitan esto para no tener un funcionamiento óptimo).

  Fermentación Láctica

Tipos celulares: glóbulos rojos de mamíferos (eucariotas sin mitocondrias) y células musculares (sólo por poco tiempo y cuando hace falta mucho ATP muy rápido).

• 2 piruvato 2 lactato (o ácido láctico).
• En glóbulos rojos:
• no tienen mitocondrias.
• tienen bajo requerimiento de ATP.
• En músculo esquelético:
• tienen mitocondrias.
• tienen alto rendimiento de ATP.
• generalmente hacen respiración celular aeróbica a partir de ácidos grasos.
• en situaciones que se requiere ATP rápidamente y por corto tiempo, hacen fermentación láctica (menos eficiente pero + rápida).
• el ácido láctico que se acumula es tóxico para las células y debe ser eliminado, para lo cual se usa oxígeno.

En presencia de oxígeno: Respiración aeróbica

• En presencia de O₂ la glucosa (y otras moléculas orgánicas) se oxida totalmente a dióxido de carbono, con un gran requerimiento en ATP.
• En eucariotas, luego de la glucólisis, el proceso continúa en las mitocondrias.
• Ecuación general:

Respiración celular

Etapas aerobias (en la mitocondria)

• Oxidación del piruvato (3C).
• Lugar: matriz mitocondrial.
• Se producen (por cada molécula de glucosa):
• 2 dióxido de carbono (1C) + 2 acetilCoA (2C).
• 2 NADH (reducido).

Los ácidos grasos también se oxidan

• Tanto por oxidación de glucosa como de ácidos grasos se puede obtener acetilCoA.
• En la β-oxidación por c/2 C de un ácido graso se produce una molécula de acetilCoA, además de NADH y FADH.
• C/molécula de ácido graso rinde mucho + ATP que una molécula de glucosa (aunque esto varía según la cantidad de C de c/ác.graso). Aprox:

C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ (glucosa) ¾® 6 CO₂ + 6 H₂O + (38 ATP)

C₁₆H₂₉COOH + 24 O₂ (ácido graso) ¾® 16 CO₂ + 16 H₂O + (123 ATP)

• Por este motivo es que el contenido energético de los lípidos es aprox. el doble que el de la misma masa de glúcidos.

 

 

La activación de los ácidos grasos para su oxidación peroxisomal tiene lugar en el propio peroxisoma. Luego, el proceso de oxidación es similar al de la ß-oxidación mitocondríal con la salvedad de que la primera oxidación no tiene al FAD como aceptor de electrones sino directamene al oxígeno, por lo que genera H₂O₂ en lugar de FADH₂ y la energía (ATP) que derivaría de la cesión posterior de electrones del FADH₂ a la cadena de transporte electrónico se disipa en forma de calor. Como la tiolasa peroxisomal no es activa con ácidos grasos de menos de ocho carbonos, los ácidos grasos acortados en el peroxisoma continuarán su oxidación en la mitocondria

• Ciclo de Krebs: (el punto de inicio es el punto final)
• Lugar: matriz mitocondrial.
• Por cada molécula de acetil-CoA que entra al ciclo se producen
• 2 dióxido de carbono
• 1 ATP
• 3 NADH (reducido)
• 1 FADH (reducido)
• Si se quiere calcular el rendimiento del ciclo de Krebs por cada molécula de glucosa se debe multiplicar por 2, ya que se producen 2 moléculas de acetil-CoA por cada glucosa.
• Cadena respiratoria (transporte de electrones).
• Lugar: crestas mitocondriales (membrana interna).
• Todas las moléculas reducidas obtenidas antes ceden sus electrones a moléculas transportadoras de electrones. La última en recibirlos es el O₂ (ultimo aceptor de electrones), que se reduce a H₂
• Se genera un gradiende de H+ (se acumulan en el espacio intermembrana: entre la membran interna y la membrana externa).

 

• Fosforilación oxidativa (síntesis de ATP)
• Lugar: crestas mitocondriales (membrana interna).
• Cuando los H+ pasan a través del canal que forma parte de la ATPsintetasa (complejo proteico presente en las crestas de la membrana interna) hacia la matriz, la parte enzimática de este complejo sufre modificaciones que le permiten sintetizar ATP (a partir de ADP + Pi)
• Por cada NADH se producen 3 ATP
• Por cada FADH se producen 2 ATP
• Rendimiento total: 34 ATP.

 

 

 

 

	Glucólisis	Oxidación	Oxid. de ácido	Ciclo de	Cadena	Fosforilización
		del piruvato	palmítico (16C)	Krebs	respiratoria	oxidativa
Ubicación	Citosol	Matriz	Peroxisoma	Matiz	Cresta	Cresta
		mitocondrial		mitocondrial	mitocondrial	mitocondrial
Sustratos	1 mol. De glucosa	1 mol. De glucosa	Ácido graso	AcetilCoA
Productos	2 mol. De	2 dióxido		2 dióxido		x c/NADH: 3 ATP
	ácido pirúvico	de carbono		de carbono		x c/FADH: 2 ATP
		2 acetilCoA
Coenzimas	2 NADH	2 NADH		3 NADH
obtenidas	H+			1 FADH
Requerimiento	SI (aerobica) y	SI
de oxígeno	NO (fermentación)
Aceptor final			FAD		Oxígeno
de electrones
Rendimiento	2 ATP			1 ATP		34 ATP
energético

FOTOSÍNTESIS

Mecanismo anabólico y endergónico

Definición: proceso metabólico que ocurre dentro de los cloroplastos, mediante la cual se sintetiza glucosa utilizando luz como fuente de energía.

Lugar: cloroplastos: hace falta clorofila, transportadores de electrones y enzimas presentes en distintas partes del cloroplasto

Fuente de energía: luz                 Productos: síntesis de glucosa y oxígeno

Ecuación general:

Importancia:

• Se produce materia orgánica (glucosa) a partir de materia inorgánica (dióxido de carbono y agua) obtenida del ambiente.
• Por este motivo los organismos fotosintéticos son llamados autótrofos y son los productores, primer eslabón de las cadenas alimentarias.
• Se produce oxígeno (como producto de desecho) que se libera a la atmósfera (o medio acuático) de modo que está disponible para hacer respiración. El excedente de glucosa se almacena en la planta formando almidón.
• las células vegetales también consumen oxígeno para la respiración celular.
• en condiciones óptimas la tasa de fotosíntesis es 3 veces mayor que la tasa de respiración, por eso el exceso de oxígeno se libera.

Aspecto energético:

• La energía lumínica proveniente del sol (o fuente artificial de luz) se transforma en energía química, contenida en la glucosa (y las demás mol. orgánicas producidas a partir de esta).
• El proceso no es 100% eficiente, ya que no toda la energía lumínica que llega a las hojas es utilizada para producir glucosa.
• La energía química contenida en las moléculas orgánicas es la que los otros organismos (heterótrofos) adquieren al comer y ser comidos. De este modo la energía fluye (no se recicla) entre los distintos eslabones de la cadena alimenticia.

Espectro de la luz visible

La luz visible (luz blanca) está compuesta por radiaciones de diferentes longitudes de onda (es igual a decir colores). Cada color tiene una longitud de onda característica.

Pigmentos fotosintéticos

Clorofila: Función: ser un pigmento: es capaz de absorber ciertas long. de onda y reflejar otras.

• Los pigmentos son moléculas orgánicas complejas capaces de:
• Absorber o atrapar ciertas longitudes de onda.
• Reflejar otras longitudes de onda (es el color que percibimos para ese pigmento).
• Transmitir (dejar pasar) otras longitudes de onda.
• Pigmentos fotosintéticos más comunes:
• Clorofilas a y b: absorben violeta, azul, rojo y naranja. Reflejan verde.
• Carontenos: absorben azul y verde. Reflejan amarillo, naranja y rojo.
• Se encuentran en los tilacoides y se agrupan formando fotosistemas.

 

Cloroplastos

Poseen una doble membrana.

Tilacoides: esferas de membrana aplastadas. La energía luminosa es absorbida por los pigmentos en la membrana de los tilacoides.

Estroma: “citoplasma” del cloroplasto.

 

Parecidos entre cloroplastos y mitocondrias

Crestas (mitocondrias) y tilacoides: ocurren procesos similares.

Matriz (mitocondrias) y estroma (cloroplastos): ocurren procesos similares.

 

Reacciones de oxido-reducción

Parecido a la respiración celular, pero en sentido opuesto.

• Siempre que una mol. se oxida, otra se reduce y viceversa. Por eso son necesarias las coenzimas NADP.
• En la fotosíntesis el dióxido de carbono se reduce a glucosa, y el agua a oxígeno.
• En la etapa dependiente de la luz se produce “poder reductor” que será utilizado luego para fijar el CO2 en el ciclo de Calvin.

Recordando:

Si tiene H+ = está reducido.

Si no tiene H+ = está oxidado.

 

Respiración celular	Fotosíntesis
Catabólico	Anabólico
Exergónico	Endergónico
Oxidación de glucosa	Reducción de dióxido
y ácidos grasos a	de carbono a glucosa
dióxido de carbono
En los pasos intermedios	En los pasos intermedios
se reduce	se oxida NADPH a NADP+
NAD a NADH	(P porque tiene fosfato)
FAD a FADH2
Reducción de	Oxidación del H20 a 02
O2 a H20

Coenzimas necesarias:

NADP+ (Nicotinamida Adenina Dinucleótido Fosfato)

Estas moléculas son necesarias para que ciertas enzimas puedan actuar y además son capaces de tomar electrones y protones (e- y H+), es decir, reducirse, y luego oxidarse (ceder e- y H+).

Etapas de la fotosíntesis

• Etapa dependiente de la luz o fotoquímica

 

• Lugar: tilacoides (en su membrana)
• La energía luminosa necesaria para esta etapa:
• Rompe moléculas de agua: FOTÓLISIS.
• Se forman moléculas de oxígeno, que se libera al medio.
• Los electrones liberados reemplazan a los perdidos por al clorofila.
• Los protones o H+ se usan para producir ATP y NADPH (el NADP se reduce al tomar protones y electrones).
• Es absorbida por la clorofila, la cual se excita perdiendo electrones que son transportados por una serie de moléculas transportadoras de electrones. Esto genera un gradiente de H+ que permitirá la síntesis de ATP. (la energía lumínica fue transformada a energía química contenida en el ATP, que luego será utilizado para producir glucosa).

Explicación de la imagen: los e- salen del H20 fotolizado, y van a la clorofila, y luego pasan a la cadena de transporte de electrones. El transporte de e- permite el ingreso de H+ al interior del tilacoide (en contra del gradiente) y luego salen (a favor del gradiente) por la enzima ATP sintetaza, generando ATP

 

• Etapa independiente de la luz o bioquímica o etapa oscura

 

• Lugar:
• Los productos de la primera etapa (ATP y NADPH) son utilizados para fijar el CO2 y de este modo producir glucosa.
• La serie de reacciones químicas que ocurren parten de una molécula ya presente en el estroma (ribulosa bifosfato). Como dicha molécula se vuelve a obtener, a esta vía metabólica se la llama Ciclo de Calvin.
• El proceso es mediado por enzimas.
• La glucosa inmediatamente es almacenada en forma de almidón.
• A partir de la glucosa la célula vegetal produce todas las moléculas orgánicas que necesita. Para ello también utiliza iones inorgánicos absorbidos del medio externo (fosfatos, nitratos, magnesio, etc.).

 

	ETAPA LUMÍNICA	ETAPA BIOQUÍMICA
Ubicación	Tilacoides	Estroma
Sustratos	H20	ATP y NADPH
Productos	ATP y NADPH	Glucosa
Aceptor de	Clorofila y NADP	Dióxido de carbono
electrones
Dador de	H20 fotolizado	ATP
electrones	y clorofila
Fuente de energía	Luz

 

FOTOSÍNTESIS
1° ETAPA (en tilacoides)	2° ETAPA (en estroma)
# Usa energía de la luz	# Fijación del CO2 en el
# Cadena de transporte	Ciclo de Calvin
de electrones:	CO2 se reduce a glucosa
Los e- vienen de la	NADPH se oxida a NADP+
clorofila y del H20	#Fuente de e-:
Produce ATP y NADPH	ATP --- ADP + Pi
# Fuente de energía: Luz
1- Excitación de e- de
la clorofila: repone los
e- perdidos a partir
del H20
2- Fotólisis del H20
Produce:
H+ (van al interior del
tilacoide)
e- (van a la cadena de
transporte de e-)
O2 (va a la atmósfera)