MODELOS DE COMUNICACIÓN CELULAR. MEDIADORES Y SEGUNDOS MENSAJEROS. MODELOS DE TRANSDUCCIÓN DE SEÑALES.

La comunicación celular es en la cual una célula produce o genera una molécula determinada, con el fin de que esta desencadene un efecto en sí misma o en otras células; por ello, la comunicación o señalización celular se clasifica en tres tipos dependiendo de la distancia a la cual actúan los mensajeros. Estos tipos son:

·         AUTOCRINA: En la cual la célula produce el mensajero para que actúe sobre ella misma, es decir, que el mensajero sale de la célula, para conectarse con un receptor, que generalmente es de membrana, para así desencadenar un efecto determinado en la célula diana, en este caso, la misma célula que produce el mensajero.

·         PARACRINA: Es en la cual, la célula produce un mensajero para que este actúe sobre células vecinas muy próximas, es el caso de los neurotransmisores, los cuales, en los axones neuronales, liberan en forma de vesículas, moléculas señalizadoras, que de inmediato se van a encontrar con su célula diana, en este caso una neurona que está prácticamente enseguida de la otra.

·         ENDOCRINA: En la cual la molécula señalizadora, tiene que recorrer una mayor distancia, y lo logra a través del aparato circulatorio, algunos ejemplos de este tipo de moléculas señalizadoras son: la insulina, la testosterona, la adrenalina, entre otras, que viajan en la sangre con el fin de llegar a un amplio grupo de células diana que se encuentran en el organismo.

SEGUNDOS MENSAJEROS: En la señalización celular, los segundos mensajeros, son aquellos que se producen luego de una serie de reacciones en cadena ordenada, estos tienen el fin de ingresar generalmente al núcleo para generar cambios conformacionales en la expresión génica que se puedan reflejar en el desarrollo de una función celular determinada.

MODELO DE ENSEÑANZA PARA LA TRANSDUCCIÓN DE SEÑALES

MECANISMOS DE TRANSPORTE A TRAVÉS DE LA MEBRANA. TRANSPORTE PASIVO Y ACTIVO. TRANSPORTE FACILITADO.

La célula como unidad funcional de los seres vivos, cumple también con funciones de transporte de sustancias para su supervivencia en los medios en los cuales desarrolla sus funciones. Existen pues dos tipos de transporte en la célula:

1.    TRANSPORTE PASIVO: Es en el cual no se hace gasto de energía en forma de ATP, debido a que se da a favor de gradiente electroquímico o de concentración. Este tipo de transporte se divide en tres según el tipo de sustancia:

Ø  DIFUSIÓN SIMPLE: Es en la cual las sustancias entran y salen de la célula gracias a su bajo peso molecular y su neutralidad. Es por ello que mediante este sistema de transporte se movilizan a través de la membrana sustancias gaseosas como: CO2 y O2.

Ø  DIFUSIÓN FACILITADA: Es a través de la cual se mueven por la membrana, sustancias de un mayor peso molecular, como por ejemplo, la glucosa. También se mueven por la membrana sustancias polares pero no cargadas.

Ø  CANALES IÓNICOS: A través de los cuales se desplazan hacia el interior y exterior de la célula sustancias con carga, denominadas iones, entre los cuales podemos contar al calcio (Ca++), sodio (Na+), cloro (Cl-), potasio (K+), entre otros.

2.    TRANSPORTE ACTIVO: En el cual se hace un gasto de energía en forma de ATP para permitir el ingreso y la salida de sustancias. Son de dos tipos:

Ø  PRIMARIO: En el cual se obtiene la energía mediante la hidrólisis del ATP. También es denominado transporte mediado por bombas, la principal es la bomba ATPasa sodio/potasio, la cual saca de la célula tres moléculas de sodio, a la vez que ingresan dos moléculas de potasio.

Ø  SECUNDARIO: Es en cual se utiliza la energía libre que deja el ingreso de ciertas sustancias por un transporte pasivo y la utiliza para movilizar una segunda sustancia o soluto en contra de gradiente. Por ejemplo cuando ingresa en sodio a favor de gradiente por un canal iónico, este deja energía disponible para sacar de la célula sustancias como glucosa y aminoácidos.

TRANSPORTE DE MACROMOLÉCULAS: Es en el cual se realiza el ingreso a la célula de sustancias muy grandes y pesadas, que no se pueden movilizar por ninguno de los mecanismos anteriores. Este tipo de transporte de sustancias es vital para el recambio de membrana. Son básicamente dos tipos:

1.    ENDOCITOCIS: Este tipo de ingreso de sustancias, se da por la formación de vesículas de membrana celular, las cuales van deformando parte de la célula con el fin de generar un endosoma que contenga líquido extracelular. Hay de dos tipos:

Ø  SIMPLE: También denominada pinocitosis, es en la cual la célula realiza la formación de un endosoma, sin tener especificidad por alguna sustancia, por lo cual se toma líquido extracelular sin saber realmente su contenido.

Ø  MEDIADA POR RECEPTOR: Es en al cual la membrana posee un receptor, que sólo se activa con la llegada de una sustancia específica para formar la vesícula de membrana, por lo cual tiene una mayor especificidad y se toma sólo lo que la célula necesita para su correcto funcionamiento.

2.    EXOCITOSIS: Es el mecanismo de transporte opuesto a la endocitosis, en el cual la célula saca sustancias de desecho de su interior y además evita un agrandamiento por la endocitosis, es decir, mantiene un tamaño estable en la célula. Hay de dos tipos:

Ø  CONSTITUTIVA: Es en la cual simplemente se expulsan de la célula sustancias de desecho en exosomas, que son vesículas de membrana para mantener un recambio constante de membrana y regular el tamaño celular.

Ø  INDUCIDA: Es en la cual se requiere de una señal que active la salida de determinados solutos; este tipo de exocitosis, se da en células glandulares.

REFERENCIAS BILIOGRÁFICAS:

ü  COOPER, Geoffrey. La Célula. 5º edición. Madrid: Ed. Marbán; 2009.

ü  GARCÍA, Ángel luís. Transporte de membrana [internet]. [Consultado 2010, octubre, 22]. Disponible en: http://www.uam.es/personal_pdi/medicina/algvilla//cyta/fisiologiacyta3.pdf

ü  KARP, Gerald. Biología celular y molecular. 5º edición. Ciudad de México: Ed. McGraw Hill; 2009.

ESTRUCTURA Y FUNCIONES DE LAS MEMBRANAS BIOLÓGICAS. MEMBRANA PLAMÁTICA: COMPOSICIÓN. CONCEPTO DE MOSAICO FLUÍDICO. PROPIEDADES Y FUNCIONES DE LA MEMBRANA PLASMÁTICA. EUCARIONTES Y PROCARIONTES.

La membrana es lo que hace que la célula sea en realidad un sistema cerrado en el cual se puede hablar de un espacio o matriz intracelular; hay teóricos que piensan que el cerebro de la célula no está en el núcleo, sino en la membrana, ya que esta es la permite el intercambio de sustancias con el medio, acción sin la cual, la célula no podría existir.

La membrana plasmática está compuesta principalmente de lípidos (30%-70%), que forman una bicapa, aunque también se pueden encontrar en la membrana proteínas (20%-70%) y carbohidratos (7%), los cuales están siempre hacia la cara externa de la bicapa lipídica.

La fluidez de la membrana, depende en gran medida de las insaturaciones (dobles enlaces) que tengan los ácidos grasos que conforman la bicapa, estas insaturaciones, generalmente son de tipo cis. La función que cumplen los carbohidratos en la membrana plasmática, es incrementar el carácter hidrofílico de esta, para así, estabilizar a las proteínas y servir como moléculas de señalización. Las proteínas cumplen funciones estabilizadoras y permiten interacciones electrostáticas entre las células.

Mosaico fluídico: La membrana plasmática es considerad un mosaico fluídico, porque permite una serie de interacciones entre las células y además tiene una característica fundamental como los es el transporte de sustancias desde el interior hacia el exterior celular y viceversa. El mosaico fluídico permite una movilidad de las sustancias en la bicapa lipídica que conforma la membrana.

Funciones de la membrana plasmática: La principal función que cumple la membrana plasmática, es la de transporte de sustancias que tiene un papel importante en la célula para el control de su metabolismo. Existen dos tipos de transporte:

Ø  PASIVO: Va a favor del gradiente electroquímico y no requiere gasto de ATP o energía; hay tres tipos de transporte pasivo:

ü  Difusión simple: Es a través de la cual entran y salen de la célula los gases, y las sustancias sin carga (O₂, CO₂)

ü  Difusión facilitada: También se le conoce como transporte mediado por proteínas, a través del cual se mueven sustancias de mayor peso molecular o con polaridad, como la glucosa.

ü  Canales iónicos: A través de los cuales ingresan las moléculas cargadas, como por ejemplo los iones de cloro, calcio, sodio, entre otros.

Ø  ACTIVO: Requiere gasto de energía o ATP, debido a que las sustancias se mueven en contra de su gradiente electroquímico. Son de dos tipos:

ü  Primario: Utiliza la energía proveniente de la hidrólisis del ATP para impulsar unas bombas que permiten el transporte de sustancias; por ello también se le conoce como transporte mediado por bombas, es el caso de la bomba ATPasa de sodio/potasio.

ü  Secundario: Es en el que se utiliza la energía que deja un soluto al pasar por la membrana a favor de gradiente (generalmente el sodio), para impulsar otro soluto que se mueve en contra de su gradiente. Se dice que es un simporte, cuando ambas sustancias van en la misma dirección, y antiporte, si las sustancias se mueven en direcciones contrarias.

EUCARIONTES: Son los organismos que poseen células con núcleo definido, por lo tanto poseen material genético (DNA) que pueden transmitir de forma hereditaria. El núcleo celular tiene una doble membrana, es decir, cuatro capas lipídicas, teniendo en cuenta que el concepto de membrana en biología celular es el de una doble capa de lípidos.

Los animales y plantas poseemos células eucariotas, lo que nos permite una reproducción, por ende una transmisión genética de generación en generación para conservar la especie.

PROCARIONTES: Son los organismo que tienen células sin núcleo definido (procariotas), por lo tanto el material genético está disperso por el citoplasma. Generalmente los organismos con este tipo de células son unicelulares y se reproducen por fisión binaria, es decir que la célula divide su material genético en dos y se fragmenta, para generar dos células nuevas.

ANÁLISIS DE URL

Ø  http://centros.edu.xunta.es/iesastelleiras/depart/bioxeo/pres2b/envcel.pdf

ü  VALIDEZ: Esta dirección tiene una gran validez para apoyar el trabajo y más aún el aprendizaje a cerca de la membrana plasmática; también podemos decir que es una fuente de información válida, debido a que el dominio de la página es .edu, lo que nos da mayor confianza en la información que estamos tomando de allí.

ü  PERTINENCIA: Esta es una dirección pertinente para la temática, debido a que especializa sólo en el tema de la membrana y nos ayuda a entender su funcionamiento, empleando un lenguaje común y entendible a las personas que la visitan y hacen uso de la misma.

ü  CONFIABILIDAD: Este es un URL que nos da un grado aceptable de confianza respecto a la información que se está tomando de allí, pues además de tener un dominio .edu, también el formato que es pdf, nos da una buena sensación de confiabilidad, ya que este es el formato por excelencia de la academia.

ü  RELEVANCIA: Este es una artículo que tiene una gran importancia o relevancia para nosotros como usuarios de la red, debió a que tiene un perfil académico y de consulta, el cual nos brida una información con alto grado de precisión y se ajusta a la necesidad informativa específica, que en este caso es el tema de la membrana plasmática.

ü  ACTUALIDAD: A pesar de no tener fecha de modificación, ni autor, la información que allí se nos presenta es aparentemente actual, debido a que haciendo una comparación con la temática vista en la clase hasta el momento, no hay prácticamente diferencias, la información que se nos brinda en esta página y la de las clases de biología es la misma respecto a conceptos y mecanismos de funcionamiento de la membrana plasmática.

Ø http://blogs.ufasta.edu.ar/fsm128/wp-content/uploads/2010/03/1membrana-plasmatica-bcyg.pdf

ü  VALIDEZ: Esta es una dirección web que tiene una gran validez en el tema de la membrana, debido a que es un tipo de presentación para una cátedra de biología celular de la Universidad Fasta, de Argentina; en esta dirección se da una iniciación básica a la célula a través de la definición precisa de las funciones principales de la membrana plasmática.

ü  PERTINENCIA: Podemos considerar esta dirección como pertinente al tema, debido a que se nos explica con claridad, aunque no muy detalladamente, las funciones de la membrana plasmática en la célula, dándonos una mirada general de la misma y una visión para comprender su importancia dentro de las actividades que desarrolla la célula como tal.

ü  CONFIABILIDAD: Al parecer es una dirección con alto nivel de confiabilidad, debido a que al ser una presentación para la impartición de una asignatura en la Universidad, nos hace creer que es de un docente, sin embargo, no tenemos esa certeza, por lo cual, sólo podemos basarnos en suposiciones para dar un juicio de valor respecto a la confiabilidad; no obstante, notamos que posee un dominio .edu, y un formato pdf, esto nos da cierto grado de confianza.

ü  RELEVANCIA: Esta dirección tiene una gran relevancia al momento de indagar por información a cerca de la función de la membrana plasmática en la célula, ya que nos brinda una información precisa y contundente respecto al tema y no nos confunde con la intervención de vocabulario más avanzado.

ü  ACTUALIDAD: Este URL, tiene una actualidad visible, tanto en la forma como nos comunica la información, sino también porque aparece literalmente, que la presentación es de este mismo año (2010), lo cual no da lugar a dudas.

TERMODINÁMICA METABÓLICA. GENERALIDADES. ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE LA MITOCONDRIA.

La ciencia bioquímica ha realizado grandes avances en el campo de la termodinámica aplicada a las funciones vitales de la mitocondria en las células, principalmente en la animal; la termodinámica se refiere entonces a las transformaciones que se dan entre el estado inicial y final de una sustancia, la termodinámica está regida por tres leyes básicas, que son:

ü  La energía del universo es constante, por tanto no se crea ni se destruye, sólo se transforma.

ü  El desorden del universo tiende a aumentar, excepto en los sistemas vivos.

ü  Cuando la temperatura absoluta (ºK) se aproxima a cero, el desorden (entropía) también.

Cuando un sistema está en equilibrio, no genera energía libre, por lo tanto se dice que es un sistema muerto; este concepto del desorden en los sistemas es conocido bajo el concepto de entropía, cuando en un proceso, la entropía aumenta, este se da de forma espontánea, por ejemplo la combustión.

PRODUCTOS DE LA COMBUSTIÓN DE GLUCOSA.

En el desarrollo de la vida se han dado estos procesos de liberación y absorción de energía, es por ello que en el metabolismo de los seres vivos están también presentes estas reacciones endergónicas (que requieren energía) y exergónicas (que liberan energía); en la célula, la mitocondria es la principal organela encargada de la producción de energía de la célula con los productos derivados del metabolismo; esta energía se obtiene en forma de ATP (adenosina trifosfato) en tres procesos acoplados que son glucólisis (fuera de la mitocondria), ciclo de Krebs o del ácido cítrico y fosforilación oxidativa.

Ø  Glucólisis: Es el proceso mediante el cual la célula transforma una molécula de glucosa en dos moléculas de piruvato a través de 10 reacciones las cuales son anaerobias, en resumen las diez reacciones son:

1.    La glucosa se transforma en glucosa-6-fosfato.

2.    La glucosa-6-fosfato se convierte en fructosa-6-fosfato.

3.    La fructosa-6-fosfato se convierte en fuctosa-1,6-difosfato.

4.    La fructosa-1,6-difosfato se divide en dos moléculas que son el gliceraldehido-3-fosfato y el fosfato de dihidroxiacetona.

5.    El fosfato de dihidroxiacetona se transforma en gliceraldehido-3-fosfato.

6.    Ambos gliceraldehidos-3-fosfato, se convierten en glicerato-1,3-difosfato.

7.    Ambos gliceratos-1,3-difosfato se vuelven en glicerato-3-fosfato.

8.    Ambos gliceratos-3-fosfato, se convierten en glicerato-2-fosfato.

9.    Ambos gliceratos-2-fosfato se transforman en fosfoenolpiruvato.

10. Ambos fosfoenolpiruvato se convierten en piruvato.

Todas estas reacciones requieren y producen ATP.

Ø  Ciclo de Krebs: En este conjunto de reacciones que son 8 en total, se producen el equivalente de diez ATP por cada piruvato que se convierte inicialmente en Acetil CoA, es decir que por cada glucosa en el ciclo de Krebs se producen 20 equivalentes de ATP en forma de NADH y FADH₂.

Ø  Fosforilación oxidativa: Es un proceso que se da en la membrana mitocondrial interna y que transporta electrones a lo largo de cinco complejos; el complejo I y II transportan los electrones obtenidos por la oxidación de NADH al complejo III por la acción de la coenzima Q o ubiquinona. Del complejo III, los electrones llegan al complejo IV por acción del citocromo C, allí, en el complejo IV se reduce el oxígeno para formar agua (1/2 O₂ + 2H⁺ = H₂O). Esta es la parte oxidativa del proceso, en el complejo V que funciona de forma independiente de los demás, se da la parte de fosforilación por gradiente de pH, ya que al interior de la membrana mitocondrial hay un pH diferente al del exterior, el complejo V toma iones H⁺ a favor de gradiente, lo que genera energía para poner a funcionar este complejo, que es como un motor giratorio, que produce ATP por la unión de un fosfato a un ADP; este complejo se denomina ATP sintasa.

ARTICULOS RELACIONADOS CON EL TEMA:

ü  ANIMACIÓN DE LA CADENA DE TRANSPORTE DE ELECTRONES EN LA MITOCONDRIA: http://www.efn.uncor.edu/dep/biologia/intrbiol/metabolismo/ets.htm

ü  TRANSPORTE DE ELETRONES Y FOSFORILACIÓN OXIDATIVA: http://www.pucpr.edu/marc/facultad/santos/bioquimica446/enero%202010/CAP20%20Transporte%20de%20electrones%20y%20fosforilacion%20oxidativa.pdf

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS DE MAYOR IMPORTANCIA:

ü  ANIMACIÓN DE LA CADENA DE TRANSPORTE DE ELECTRONES EN LA MITOCONDRIA: “Los protones son translocados a través de la membrana, desde la matriz hasta el espacio intermembrana y los electrones son transportados a lo largo de la membrana, por medio de una serie de proteínas transportadoras. El oxígeno es el aceptor terminal del electrón, combinándose con electrones e iones H⁺ para producir agua”

ü  TRANSPORTE DE ELECTRONES Y FOSFORILACIÓN OXIDATIVA: “El transporte de electrones es una serie de reacciones de oxidación-reducción a través de las cuales los electrones derivados de la oxidación de nutrientes son transportados a oxígeno. Ocurre en la membrana interna de la mitocondria. (…) El sistema de transporte de electrones consiste de cuatro complejos multienzimáticos enlazados a la membrana y dos portadores. (…) Parte de la energía liberada en las reacciones de oxidación durante el transporte de electrones se usa para la fosforilación de ADP”.

MITOCONDRIA CON ANIMACIÓN EN LA PRODUCCIÓN DE ENERGÍA Y DESTINOS DE CADA PRODUCTO.

OPINIÓN A CERCA DE LA IMPORTANCIA DE LAS BIBLIOGRAFÍAS:

Considero importantes las anteriores bibliografías, porque son una fuente importante y confiable de información, que nos puede ayudar en gran medida a fortalecer los conocimientos en el tema de la mitocondria y sus múltiples funciones al interior de la célula. También, es posible afirmar que las anteriores páginas que quedaron como referencia bibliográfica, pueden ser utilizadas como una guía básica de estudio y aprendizaje de la temática planteada.

Los anteriores sitios web, nos permiten un afianzamiento con el conocimiento del tema y además una importante profundización en conceptos, variables y funciones de la célula en las cuales interviene de forma activa la mitocondria, como organela sintetizadora de energía que permite el desarrollo normal de las actividades propias de cada tipo de célula y su especialidad en los organismos vivos.

ENZIMAS: GENERALIDADES, CLASIFICACIÓN Y NOMENCLATURA, MECANISMOS DE ACCIÓN, CINÉTICA Y COENZIMAS.

Ø  DEFINICIÓN: Son un grupo de moléculas, que generalmente son proteínas, que generan un efecto acelerador en las reacciones, mediante la disminución de la energía de activación.

Ø  FUNCIONAMIENTO: Las enzimas funcionan mediante una teoría denominada: “encaje inducido”, por la cual la enzima se une al sustrato, para formar así el complejo Enzima-Sustrato [ES], este complejo cataliza o acelera la reacción, generando así el producto más la enzima, la cual tiene la propiedad de no modificar su estructura en la reacción, por los cual puede seguir siendo utilizada miles de veces en la misma reacción. Vale la pena aclarar que las enzimas tiene especificidad, por lo cual, no todas las enzimas catalizan para la misma reacción.

 Ø  INHIBIDORES: Las enzimas pueden ser reguladas respecto a su funcionamiento o capacidad catalítica a través de los inhibidores, estas son sustancias que se adhieren a la enzima evitado que el sustrato lo haga, por lo cual la reacción no se cataliza con la misma velocidad. Hay dos clases de inhibidores; los competitivos, que son aquellos que tienen una estructura similar a la del sustrato y se adhieren a la enzima por el por el sitio activo, al igual que lo haría el sustrato, con este tipo de inhibidores, la reacción varía el K_m, pero no su velocidad máxima; en cambio cuando en la enzima actúa un inhibidor de carácter no competitivo, este se fija a un punto diferente del sitio activo y no necesariamente tiene una estructura similar a la del sustrato, es por ello que en la cinética de Michaelis-Menten, el K_m no varía, pero si disminuye la velocidad máxima.

Ø  MICHAELIS-MENTEN: La cinética enzimática que proponen estos dos investigadores, nos muestra la forma de actuar de las enzimas en presencia de inhibidores o en su estado de funcionamiento óptimo, en la cual se grafica la concentración del sustrato [S], vs, la velocidad máxima. Esta gráfica tiene un carácter asintótico hacia la velocidad máxima de que se alcanza para formar el producto en presencia de la enzima. Tiene la siguiente fórmula:

      V = Vmax[S] / ([S]+Km) 

 

Ø  LINEWEABER-BURK: Esta gráfica es también denominada de los dobles recíprocos, ya que se grafican 1/[S] vs 1/V_o, esta gráfica parte de la cinética descrita por Michaelis-Menten, pero la gráfica es una línea recta. Esta gráfica está dada por la siguiente fórmula, que tiene la forma y=mx+b

      1/Vo = (Km/Vmax)(1/[S]) + 1/Vmax 

Ø  CLASIFICACIÓN DE LAS ENZIMAS: Según la reacción que catalizan, las enzimas se pueden clasificar en 6 grupos que son:

·         Óxidorreductasas: Como su nombre lo indica, son enzimas que catalizan reacción de oxido-reducción, en las cuales se ganan o se pierden electrones.

·         Transferasas: Son aquellas que tienen la capacidad de transferir grupos funcionales en una reacción, los principales grupos que se transfieren son el amino, el carboxilo, el fosfato, el metilo y el fosforilo.

·         Hidrolasas: Son aquellas que catalizan reacciones en las cuales se presenta una hidrólisis, en la cual se rompen los enlaces por acción del agua.

·         Liasas: Son aquellas que catalizan para reacciones en las cuales se eliminan grupos (CO₂, H₂O y NH₃) para formar dobles enlaces.

·         Ligasas: Catalizan reacciones en las cuales se forman enlaces entre dos moléculas de sustrato.

·         Isomerasas: Son aquellas que catalizan para reacciones en las cuales el producto es un isómero del sustrato.

SITIOS DE INTERÉS:

ü  http://www.oocities.com/pelabzen/inhenz.html: En este sito es posible encontrar información muy valiosa acerca de la inhibición enzimática y las variaciones en los gráficos de Michaelis-Menten y  en los diagramas de Lineweaber-Burk.

ü  http://es.enc.tfode.com/Cinetica_de_Michaelis-Menten: En este sitio hay buena información acerca del funcionamiento de la cinética de Michaelis-Menten, que pueden ayudar a ampliar la información.