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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE CHIAPAS FACULTAD DE MEDICINA MUMANA CAMPUS IV DR. MANUEL VELASCO
SUAREZ FISIOLOGÍA I TEMA: UNIDAD I CAPITULOS: 1, 2 Y 3.
CATEDRÁTICO: DR. OMAR GOMEZ CRUZ LAURA JAZMIN ARÉVALO MARTÍNEZ 1° MODULO "B"
1.1.- Organización funcional del cuerpo humano y central del medio interno.
La fisiología se centra en la explicación de factores tanto físicos como químicos del origen,
desarrollo y progresión de la vida, una enmarañada red de funcionalidades que mantienen
un estado optimo dentro del organismo que se ha dividido según el objeto de estudio. Al
tratarse de la fisiología humana se resalta la intención de inmiscuirse en las características y
mecanismos del cuerpo humano, también se comprende que el ser humano se rige por un
comportamiento autómata que busca la existencia en diversos contextos, debido a que son
seres que perciben, sienten y aprenden.
Las células como unidades vivas del cuerpo.
Eritrocitos: 25 millones, células más abundantes.
Ínfima unidad viva del cuerpo humano mejor
conocida como célula es capaz de realizar
una o más tareas específicas dependiendo de
su localización pues un inmenso agregado de
estas conforman un órgano. Teniendo un
total de 100 billones de células en un
individuo muchas de ellas se diferencian
entre sí aunque permanecen características
similares que las hacen no perder su esencia
como que en todas el oxígeno reacciona con
hidratos de carbono, grasas y proteínas para
liberar energía y así mantener la utilidad de
la célula además de que todas liberan un
producto final obtenido de una serie de reacciones químicas hacia líquidos circundantes. No
obstante tienen la capacidad de reproducirse creando células nuevas del mismo linaje que
después reemplazaran a las que se destruyen evitando dejar espacios vacíos en su
conformación.
Liquido extracelular: "medio interno"
El 60% del cuerpo humano adulto es líquido, un solución acuosa de iones y otras
sustancias, todo ese líquido queda dentro de las células y se conoce como "liquido
intracelular". Por otra parte el líquido que se queda en los espacios exteriores entre células
se denomina como "líquido extracelular", se mantiene en constante movimiento
transportandose a traves de la sangre y líquidos tisulares por difusión a través de paredes
capilares. Dentro de este se pueden encontrar los iones y nutrientes que mantienen vivas a
las células por lo que necesitan estar bajo el mismo entorno dándole el término
generalizado de "medio interno del organismo o milieu intérieur" siendo el último
introducido por Claude Bernard hace más de 100 años, un reconocido filósofo francés del
siglo XIX.
Mecanismos homeostaticas de los principales sistemas funcionales.
En 1929 Walter Cannon acuño el término "Homeostasis" se enfatiza el hecho de mantener
unas condiciones casi constantes del medio interno, quienes se encargan de cumplir este
objetivo son los órganos y tejidos, tomando como ejemplo los pulmones que aportan
oxígeno al líquido extracelular para compensar el que utilizan las células.
Existen sistemas de control para mantener las concentraciones de sodio e hidrógeno, iones
nutrientes, sustancias del organismo para que las células, los tejidos y los órganos hagan
sus funciones normales, pese a grandes variaciones ambientales y a las dificultades
derivadas de lesiones y enfermedades. Podría decirse que la enfermedad es la otra cara de la
salud pues es la ruptura de la homeostasis, pese a ello aún en ese estado se mantienen
mecanismos homeostáticos que conservan las funciones vitales gracias a variadas
compensaciones que sustentan el organismo.
Transporte en el líquido extracelular y sistema de mezcla: el aparato circulatorio.
La traslación del líquido extracelular se divide en 2 etapas:
a) Movimiento de la sangre por medio de vasos sanguíneos.
b) Movimiento del líquido entre capilares sanguíneos y espacios intercelulares entre
células tisulares.
La sangre atraviesa lo capilares sanguíneos y se va produciendo un intercambio continuo de
líquido extracelular entre la porción del plasma de la sangre y el líquido intersticial que
rellena los espacios intercelulares, las paredes de los capilares son permeables, a la mayoría
de las moléculas con excepción de las proteínas plasmáticas que son muy grandes.
La sangre atraviesa todo el circuito en una media de una vez por minuto y hasta 6 si se
mantiene activa. Difusión del líquido y de los componentes disueltos a través de las paredes
capilares así como de los espacios intersticiales debido al movimiento cinético de las
moléculas.
La distancia máxima entre células es de 50 μm por lo que se garantia una difusión exitosa
de cualquier sustancia desde el capilar a la célula en cuestión de segundos .
Origen de los nutrientes en el líquido extracelular.
Aparato respiratorio: Cuando la sangre atraviesa el organismo fluye por los pulmones y
capta el oxígeno a través de los alveolos, la membrana alveolar separa los alveolos de los
capilares pulmonares y el oxígeno difunde rápidamente por el movimiento molecular a
través de esta membrana para entra a la sangre
Aparato digestivo: La sangre también atraviesa las paredes del aparto digestivo donde se
absorben los distintos nutrientes, incluidos los hidratos de carbono, los ácidos grasos y los
aminoácidos desde el alimento ingerido hasta el líquido extracelular de la sangre.
Hígado y otros órganos que realizan principalmente funciones metabólicas: No todas las
sustancias absorbidas por el aparato digestivo pueden usarse tal como las células las
absorben y el hígado es el encargado de cambiar la composición química de muchas de
ellas en formas más utilizables, los adipocitos, la mucosa digestiva, los riñones y las
glándulas endocrinas, modifican o almacenan las sustancias absorbidas hasta que son
necesitadas. El hígado elimina residuos producidos en el cuerpo y las sustancias toxicas que
se ingieren.
Aparato locomotor: Permite el desplazamiento hacia los alimentos necesarios para la
nutrición además de brindar protección frente al entorno.
Fijando el siguiente video se explica mejor el paradero de los nutrientes que contiene el
LEC.
https://youtu.be/M1Blqsv3dB8
Eliminación de los productos finales metabólicos.
Cuando la sangre capta el O2 en los pulmones, se libera
CO2 desde la sangre hacia los alvéolos siendo evacuado
por medio de la respiración hacia la atmósfera, es el
desecho más abundante.
Dentro del recorrido de la sangre al atravesar
los riñones se eliminan del plasma sustancias
que el cuerpo en realidad ya no necesita, en el
caso de la urea, ácido úrico, exceso de iones y
agua de los alimentos. Ejercen un filtrado a
través de los glomérulos hacia los túbulos
mientras reabsorbe hacia la sangre sustancias
que necesita como glucosa, aminoácidos,
ciertas cantidades de agua y algunos iones.
El material no digerido es excretado en las heces.
Dentro de as funciones del hígado se
encuentra la detoxificación o eliminación
de diversos fármacos o productos
químicos que se ingieren, mismos que
secreta en la bilis para ser evacuados en
las heces.
Regulación de las funciones corporales.
El sistema nervioso está compuesto de 3 partes:
Porción de aferencia sensitiva: Detecta el estado del cuerpo y su entorno.
Porción integradora: Formado por el cerebro y la médula espinal.
Porción eferente motora: Reacciona ante estímulos procesados desde el cerebro para
ejecutar lo que desea el sujeto.
Un segmento importante del SN
es el sistema nervioso autónomo
o neurovegetativo que funciona a
escala subconsciente y
controla funciones de los órganos
internos como el bombeo del
corazón, el movimiento del
aparato digestivo y secreción de
hormonas.
Sistemas hormonales:
Existen ocho glándulas
endocrinas que segregan productos
químicos llamados hormonas, se
transportan por el LEC a todas las
partes del cuerpo para regular
funciones de algunas células, por
ejemplo la hormona tiroidea que acelera
las reacciones químicas de todas
las células del cuerpo, las
hormonas corticosuprarenales
controlan el ion sodio y metabolismo proteico a comparación de la paratiroidea que
controla el ion calcio y fosfato.
Protección del cuerpo.
Sistema inmunitario: Constituido por los glóbulos blancos, células derivadas de los
glóbulos blancos, timo, nódulos linfáticos y vasos linfáticos, se enfocan en la
protección ante patógenos como bacterias, virus, hongos y parásitos. Los métodos
que utiliza dependen del tipo de leucocito que defienda al organismo pues estos
sostienen una clasificación detallada comenzando con los granulocitos se
encuentran los neutrófilos, basófilos y eosinófilos, mientras que en los agranulocitos
se conforman de linfocitos y monocitos. Cada uno de ellos tiene su propia táctica de
defensa para sostener el bienestar dentro del organismo, integrandose en las tres
diferentes barreras de defensa. Profundizando con el tema el siguiente vídeo explica
mejor las increíbles formas en que se protege el individuo a si mismo diariamente.
https://www.youtube.com/watch?v=lj8Zsu1UuGk
Sistema tegumentario: Barrera de defensa entre el mundo exterior y el medio
interno que se conforma principalmente por el órgano mas grande del cuerpo
conociéndose que abarca un 12-15% del peso corporal; la piel. Ademas de pelos,
uñas, glándulas sudoríparas y sebáceas, y otras estructuras que se encargan de
proteger a los tejidos profundos. La finalidad de su existencia contiene diversas
funciones como regular la temperatura, excreción de residuos, etc. Se divide en dos
capas la dermis (capa superficial) y la epidermis (capa profunda), así bien justo
debajo de estas se adhiere un subcomponente de la epidermis mejor conocido como
hipodermis que es un tejido laxo que contiene cantidades variables de grasa. En el
recubrimiento al cuerpo humano se evidencian dos variedades histológicas de la
piel: como gruesa y delgada.
La epidermis contiene diversas poblaciones celulares que se encargan de proteger, otras de
proporcionarle una tez característica, unas que juntas conforman los estratos en que se
subdivide mientras que algunas se encargan de la sensibilidad. El siguiente vídeo contiene
información más detallada acerca del sistema tegumentario.
https://www.youtube.com/watch?v=-N1X6telNz0
Reproducción.
Ayuda a mantener la homeostasis generando nuevos seres que ocuparan el lugar de
aquellos que mueren, todas las estructuras corporales están esencialmente organizadas de
tal forma que ayudan a mantener el automatismo y la continuidad de la vida.
Sistemas de control del organismo.
Los órganos se rigen por un sistema de control que mantiene su funcionalidad óptima así
como también hay otro sistema de controles que sostiene una interrelación entra los
mismos. El aparato respiratorio que actúa asociado al sistema nervioso y regula la
concentración de dióxido de carbono en el líquido extracelular. El hígado y el páncreas
regulan la concentración de glucosa en el líquido extracelular y los riñones regulan las
concentraciones de hidrogeno, sodio, potasio, fosfato y otros iones.Los órganos se rigen por
un sistema de control que mantiene su funcionalidad óptima así como también hay otro
sistema de controles que sostiene una interrelación entra los mismos.
Ejemplos de mecanisos de control.
Regulación de las concentraciones de O y CO2 en el líquido extracelular: El
organismo tiene un mecanismo de control para mantener una concentración casi
exacta de oxígeno en el líquido extracelular, esto depende de las características
químicas de la hemoglobina que está presente en los eritrocitos. La hemoglobina se
combina con los eritrocitos a media que la sangre a traviesa los pulmones, luego
cuando atraviesa los capilares tisulares, su propia afinidad química por el oxígeno
permite que no lo libere en los tejidos si ya hay demasiado. Sin embargo si la
concentración es demasiado baja, se libera oxigeno suficiente para restablecer una
concentración adecuada, esta regulación se conoce como función amortiguadora de
oxigeno de la hemoglobina.
Regulación de la presión arterial: El sistema de barorreceptores ayuda a la
regulación de la presión arterial, cuando se bifurcan las arterias carótidas del cuello
y el callado aórtico en el tórax se encuentran muchos receptores nerviosos
denominados Barorreceptores que se estimulan cuando se estira la pared arterial.
Cuando la presión arterial es demasiado elevada los barorreceptores envías
descargas de impulsos nerviosos al bulo raquídeo cerebral, que es donde estos
impulsos inhiben el centro vasomotor y disminuyen el número de impulsos
transmitidos través sistema nervioso simpático hacia el corazón y los vasos
sanguíneos. La ausencia de los impulsos hace que disminuya la actividad de bomba
en el corazón y produce una dilatación de los vasos sanguíneos periféricos y
aumenta el flujo de sangre, esos efectos hacen que la presión arterial disminuya y
tienda a recuperar sus valores normales.
Valores normales y características físicas de los principales componentes del
LEC: Un aumento de la temperatura del organismo de tan solo 7º C por encima de
la normalidad provoca un ciclo vicioso en el que aumenta el metabolismo celular y
se destruyen las células. Obsérvese también el estrecho intervalo del equilibrio
acidobásico en el organismo, con valor normal de pH de 7,4 y con valores mortales
tan sólo a 0,5 unidades a cada lado de la normalidad. Otro factor importante es el
ion potasio, porque siempre que disminuya a menos de un tercio de la normalidad es
probable que la persona quede paralizada debido a que los nervios ya no pueden
transportar las señales. Ahora, si aumenta, dos o más veces por encima, el musculo
cardiaco este muy deprimido. Cuando la concentración del ion calcio se reduce a la
mitad de la normalidad aparecen contracciones tetánicas de los músculos de todo el
cuerpo por la generación espontánea de un número excesivo de impulsos nerviosos
en los nervios periféricos. Cuando la concentración de glucosa disminuye a la mitad
de lo normal se desarrolla una irritabilidad mental extrema, incluso aparecen
convulsiones. La necesidad del gran número de sistemas de control que mantienen
el buen funcionamiento del organismo puede producirse una disfunción grave del
organismo e incluso la muerte.
Características de los sistemas de control.
Retroalimentación negativa de
la mayoría de los sistemas de
control: En cuanto a los
mecanismos que regulan la
presión arterial, una presión
arterial elevada provoca una
serie de reacciones que
favorecen el descenso de la
presión o unas presiones bajas
provocan una serie de reacciones
que favorecen la elevación de la
presión, ambos conllevan una
respuesta negativa puesto que
revierten el efecto del estímulo
que comenzó la reacción. Por lo
que si algún factor se vuelve excesivo o insuficiente comienza a actuar un sistema de
control que emite una serie de reacciones para devolver el factor alterado hacia un valor
medio que seguiría el curso de la homeostasis.
Retroalimentación positiva provoca círculos viciosos y a veces la muerte: La
retroalimentación positiva no consigue la estabilidad si no la inestabilidad y puede causar la
muerte. También se debería denominar como “circulo vicioso”. A veces la
retroalimentación positiva es útil, ejemplo de ello sería la coagulación sanguínea, el parto y
la generación de señales nerviosas. Siempre que la retroalimentación positiva es útil, la
retroalimentación positiva forma parte de un proceso global de realimentación negativa. La
retroalimentación positiva que provoca señales nerviosas permite que los nervios participen
en los miles de sistemas de control de retroalimentación negativa de los nervios.
Tipos más complejos de sistemas de control: control adaptativo: Algunos movimientos
son tan rápidos que no hay tiempo suficiente para que las señales nerviosas se desplacen
desde la periferia del organismo hasta el cerebro y vuelvan a la periferia para controlar el
movimiento por lo que el cerebro aplica un principio que se conoce como Control
Anterógrado que hace que se contraigan los músculos apropiados. El control adaptativo es
una retroalimentación negativa retardada.
1.2.- La célula y sus funciones.
Siempre que se tengan los nutrientes necesarios las células podrían sobrevivir desde meses
hasta años puesto que los convierten en energía, aportando soporte estrcutural en
organismos más complejos. Contienen en su interior el código hereditario y se reproducen
mediante la división celular.
Organización de la célula.
Las dos partes más importantes de la célula son el núcleo y el citoplasma, estos separados
entre sí por una membrana nuclear y el citoplasma está separado de los líquidos
circundantes por una membrana celular o membrana plasmática.
Las diferentes sustancias que componen la célula se conocen como "Protoplasma" y este
está compuesto por cinco sustancias: agua, electrolitos, proteínas, lípidos e hidratos de
carbono.
Agua: Considerada el líquido más abundante pues está presente en la mayoría de las
células excepto en los adipocitos, su concentración es de 70-85%.
Iones: Son los productos químicos inorgánicos de las reacciones celulares y son
necesarios para el funcionamiento de algunos de los mecanismos de control
celulares Los importantes para la célula son el potasio, magnesio, el fosfato, sulfato,
el bicarbonato y cantidades pequeñas de sodio, cloruro y calcio, los iones son los
productos químicos inorgánicos de las reacciones celulares y además son necesarios
para el funcionamiento de algunos mecanismos de control celulares, estos iones son
necesarios en la membrana celular para la transmisión de impulsos electroquímicos
en el musculo y las fibras nerviosas.
Proteínas: Después del agua, las sustancias más abundantes en las células son las
proteínas y constituye el 10-20%, son de dos tipos: las proteínas estructurales y
proteínas funcionales. Las proteínas estructurales tienen forma de filamentos largos
que son polímeros de muchas moléculas proteicas individuales, un uso importante
de ese tipo de filamentos es la formación de micro túbulos que proporcionan los
citoesqueletos de orgánulos celulares como cilios, axones nerviosos, husos
mitóticos de las células en mitosis y que mantienen unidas las partes del citoplasma
y célula en las fibras de colágeno y elastina y en las paredes de los vasos
sanguíneos, tendones, ligamentos, etc. Las proteínas funcionales compuestas por
pocas moléculas en un formato tubular-globular son principalmente las enzimas de
la célula, estas son móviles dentro del líquido celular, muchas están adheridas a las
estructuras membranosas dentro de la célula. Las enzimas en contacto directo con
otras sustancias del líquido celular.
Lípidos: Con la propiedad común de ser
solubles en disolventes grasos, los que son
principalmente importantes dentro de las
células son los fosfolípidos y el colesterol
conformando tan solo el 2% en su masa
total. Al ser insolubles en agua funcionan
como una barrera de la membrana celular
que separa los compartimentos dentro y
fuera de la célula. Algunas células
también contienen cantidades
considerables de triglicéridos también
conocidos como grasas neutras, mismos
que suponen el 95% de la masa celular en los adipocitos. La grasa almacenada es la
principal fuente de nutrientes energéticos de la célula que después se disolverán
para proveer energía siempre que el organismo lo necesite.
Hidratos de carbono: Tienen escasas funciones estructurales en la célula, forman
parte de las moléculas glucoproteínas, su papel es la nutrición celular, forma el 1%
de la masa celular que puede aumentar a 3% en las células musculares e incluso a
6% en los hepatocitos, siempre están presentes en forma de glucosa disuelta en el
líquido extracelular circundante y es más accesible a la célula. Una pequeña
cantidad de hidratos de carbono se almacena en las células en forma de glucógeno
que es un polímero insoluble de glucosa que se puede des polimerizar y usar para
aportar energía que necesitan las células.
Estructura física de la célula.
Dentro del contenido de la célula lo primero que se aprecia son las estructuras físicas
organizadas denominadas orgánulos intracelulares. Son de gran importancia pues cada uno
de ellos ejerce una tarea específica para el funcionamiento óptimo de la célula por ejemplo,
sin la mitocondria más del 95% de la energía de la célula que se libera de los nutrientes
desaparecería inmediatamente.
Estructuras membranosas de la célula.
La gran mayoría de los orgánulos están cubiertos por membranas compuestas
principalmente por lípidos y proteínas, estas membranas son la membrana celular, nuclear,
membrana del retículo endoplásmico y membranas de la mitocondria, los lisosomas y el
aparato de Golgi. Las moléculas proteicas suelen atravesar toda la membrana
proporcionando vías especializadas que se organizan en poros auténticos para el paso de
sustancias específicas a través de la membrana, muchas otras funcionan como enzimas que
catalizan multitud reacciones químicas.
Membrana celular: La membrana plasmática cubre la célula y es una estructura elástica,
fina, flexible con un grosor de 7.5 a 10 nm. Formada casi totalmente por proteínas y lípidos
con una composición de un 55% de proteínas, un 25% de fosfolípidos, 13% de colesterol,
4% de otros lípidos y 3% de hidratos de carbono. Su estructura básica consiste en una
bicapa lipídica, una película fina de doble capa de lípidos, en esta capa se encuentran
intercaladas grandes proteínas globulares. La bicapa lipídica tiene 3 tipos de lípidos:
fosfolípidos, esfingolipidos y colesterol. Los fosfolípidos son los más abundantes. Un
extremo de cada molécula de fosfolípido es soluble en agua, o sea, es hidrófila, y el otro es
soluble solo en grasas, es decir, hidrófoba. El extremo fosfato del fosfolípido es hidrófilo y
la porción del ácido graso es hidrófoba. La capa lipídica de la zona media es impermeable a
las sustancias hidrosolubles habituales como iones, glucosa y urea. Y las sustancias
hidrosolubles como oxígeno, dióxido de carbono y alcohol pueden penetrar en esta porción
de la membrana con facilidad. Los esfingolipidos están presentes en pequeñas cantidades
en las membranas celulares (nerviosas). Tienen varias funciones como la protección frente
a factores perniciosos del entorno, la transmisión de señales y sitios de adhesión para
proteínas extracelulares. Las moléculas de colesterol son también lípidos, están disueltas en
la bicapa de las membranas. Una de sus funciones es determinar el grado de permeabilidad
de la bicapa. También controla gran parte de la fluidez de la membrana.
´*Proteínas de la membrana integral y periférica.- La proteína que más se destaca en la
membrana plasmática es la glucoproteína. Existen 2 tipos de proteínas de membrana
celular: proteínas integrales que protruyen por toda la membrana y proteínas periféricas que
se unen solo a una superficie de la membrana y que no penetran en todo su espesor. Las
proteínas integrales construyen canales en los cuales pueden pasar moléculas de agua,
sustancias hidrosolubles, iones, entre el líquido extracelular e intracelular, estos canales
tienes propiedades selectivas.
Otras proteínas integrales actúan como proteínas transportadoras de sustancias que, de otro
modo, no podrían penetrar en la bicapa lipídica, estas proteínas transportan incluso
sustancias en dirección contraria a sus gradientes electroquímicos de difusión lo que se
conoce como “transporte activo”. Otras proteínas actúan como enzimas.
Las proteínas integrales pueden actuar también como receptores de los productos químicos
hidrosolubles como las hormonas peptídicas, son un medio de transmisión de la
información sobre el entorno hacia el interior de la célula.
Las moléculas proteicas periféricas se unen con frecuencia a las proteínas integrales,
funcionan casi totalmente como enzimas o como controladores del transporte de sustancias
a través de los poros de la membrana celular.
*Hidratos de carbono de la membrana "glucocaliz" celular.- Los hidratos de carbono
de la membrana se presentan casi invariablemente pegados a lípidos o proteínas en forma
de glucolípidos y glucoproteínas, siendo las últimas la gran parte de las proteínas integrales
y una décima parte son glucolípidos. Hay muchos otros compuestos de hidratos de carbono,
que se denominan proteoglicanos y son principalmente hidratos de carbono unidos a
núcleos de proteínas pequeñas, que también se unen laxamente a la superficie externa de la
pared celular. Las funciones de los hidratos de carbono unidos a la superficie exterior son:
1. Tienen una carga eléctrica
negativa que proporciona a la mayoría
de las células una carga negativa a toda
la superficie que repele a otros objetos
negativos.
2. El glucocáliz de algunas células
se une al glucocáliz de otras, con lo que
une las células entre sí.
3. Actúan como componentes del
receptor para la unión de hormonas,
como la insulina; cuando se unen, esta
combinación activa las proteínas
internas unidas que, a su vez, activan
una cascada de enzimas intracelulares.
4. Algunas participan en reacciones inmunitarias.
Citoplasma y sus orgánulos: El líquido gelatinoso del citoplasma en que se dispersan las
partículas se denomina citosol y contiene principalmente proteínas, electrolitos y glucosa
disueltos. En el citoplasma se encuentran los glóbulos de grasa neutra, gránulos de
glucógeno, ribosomas, vesículas secretoras y cinco orgánulos especialmente importantes;
retículo endoplasmico, el aparato de Golgi, las mitocondrias, los lisosomas y peroxisomas.
*Retículo endoplásmico: Sirve como medio de transporte para dirigir moléculas creadas
por la célula ya sea dentro fuera de esta, los túbulos y vesículas están conectados entre sí y
sus paredes también están formadas por membranas de bicapa lipídica que contienen
grandes cantidades de proteínas. Entre los túbulos y las vesículas se llena de matriz
endoplásmica que es un medio acuoso diferente del citosol. Además, la enorme superficie
de este retículo y los muchos sistemas enzimáticos unidos a su membrana constituyen la
maquinaria responsable de una gran parte de las funciones metabólicas de la célula.
*Ribosomas y retículo endoplásmico rugoso: Unidas a la
superficie de muchas partes del retículo endoplásmico
encontramos una gran cantidad de partículas granulares
diminutas que se conocen como "Ribosomas" cuando estas
partículas están presentes, el retículo se denomina "Retículo
endoplásmico rugoso". Los ribosomas están formados por
una mezcla de ARN y proteínas y su función es sintetizar
nuevas moléculas proteicas en la célula.
*Retículo endoplásmico agranular: Parte del retículo endoplásmico no tiene ribosomas,
es lo que se conoce como retículo endoplásmico agranular, o liso, y actua en sintesis de
lípidos.
*Aparato de Golgi: Íntimamente relacionado con el retículo endoplásmico, tiene
membranas similares a las del retículo endoplásmico agranular y está formado por cuatro o
más capas apiladas de vesículas cerradas, finas y planas que se alinean cerca de uno de los
lados del núcleo. El aparto de Golgi funciona asociado al retículo endoplásmico.
Hay pequeñas “vesículas de transporte” denominadas
“vesículas del retículo endoplásmico” que salen del
retículo endoplásmico y luego se fusionan con el
aparato de Golgi, de esta forma las sustancias atrapadas
en las vesículas del RE van desde el retículo
endoplásmico hacia el aparto de Golgi, las sustancias se
procesan después en el aparato de Golgi para formar
lisosomas, vesículas secretoras y otros componentes
citoplasmáticos.
*Lisosomas: Son los orgánulos vesiculares que se forman por la rotura del aparato de
Golgi y después se dispersan por todo el citoplasma. Los lisosomas constituyen el aparato
digestivo intracelular que permite que la célula digiera
1. Estructuras celulares dañadas
2. Partículas de alimento que ha ingerido
3. Sustancias no deseadas
Un lisosoma tiene un diámetro de 250 a 750 nm. Está rodeado por una bicapa lipídica típica
llena de cantidades de gránulos pequeños de 5 a 8 nm de diámetro que son agregados de
proteínas que contiene 40 diferentes tipo de enzimas digestivas de tipo hidrolasa.
Las enzimas hidroliticas están altamente concentradas en los lisosomas. La membrana
impide que las enzimas hidroliticas entren en contacto con otras sustancias de la célula,
previene sus acciones digestivas.
*Peroxisomas: Físicamente similares a los lisosomas, pero difieren en dos aspectos:
Están formados por autorreplicación.
Contienen oxidasas.
Estas oxidasas son capaces de combinar el oxígeno con
los iones hidrogeno para formas H2O2, este peróxido de
hidrogeno es una sustancias muy oxidante, como una
catalasa y sirve para oxidar muchas sustancias que de lo
contrario, serian venenosas para la célula. Una función
importante de los peroxisomas consiste en catabolizar
ácidos grasos de cadena larga.
Estas oxidasas son capaces de combinar el oxígeno con los iones hidrogeno para formas
H2O2, este peróxido de hidrogeno es una sustancias muy oxidante, como una catalasa y
sirve para oxidar muchas sustancias que de lo contrario, serian venenosas para la célula.
Una función importante de los peroxisomas consiste en catabolizar ácidos grasos de cadena
larga.
*Vesículas secretoras: Las sustancias secretoras se forman en el sistema retículo
endoplásmico-aparto de Golgi y se libren luego desde el aparto de Golgi hacia el
citoplasma en forma de vesículas de almacenamiento que se conocen como Vesículas
secretoras o gránulos secretores.
*Mitocondrias: Se conocen como los centros neurálgicos. Sin las mitocondrias las células
no serían capaces de extraer energía suficiente de los nutrientes. Se encuentran en rodas las
zonas del citoplasma de la célula, pero su número total varia de menos de cien hasta varios
miles, dependiendo de la cantidad de energía que requiere la célula. Las mitocondrias se
concentran en aquellas porciones de la célula que son responsables de la mayor parte de su
metabolismo energético, tiene una forma y tamaño variables. Algunas adoptan una forma
globular, otras alargadas y el tercer tipo en
estructura ramificada y filamentosa.
La estructura básica de una mitocondria es dos
membranas de bicapa lipídica-proteínas, una
membrana exterior y una interna. Los
plegamientos de la membrana internan forman
compartimentos o túbulos denominados crestas
en los que se unen las enzimas oxidativas. Las
crestas proporcionan una gran superficie para que
tengan lugar las reacciones químicas. La cavidad
interna está llena de una matriz que contiene grandes cantidades de enzimas disueltas que
son necesarias para extraer la energía de los nutrientes, estas enzimas actúan asociadas a las
enzimas oxidativas de las crestas para provocar la oxidación de los nutrientes, formando
CO2 y H2O y liberando energía, esta energía se usa para sintetizar una sustancia de alta
energía que se denomina ATP.
La estructura básica de una mitocondria es dos membranas de bicapa lipídica-proteínas, una
membrana exterior y una interna. Los plegamientos de la membrana internan forman
compartimentos o túbulos denominados crestas en los que se unen las enzimas oxidativas.
Las crestas proporcionan una gran superficie para que tengan lugar las reacciones químicas.
La cavidad interna está llena de una matriz que contiene grandes cantidades de enzimas
disueltas que son necesarias para extraer la energía de los nutrientes, estas enzimas actúan
asociadas a las enzimas oxidativas de las crestas para provocar la oxidación de los
nutrientes, formando CO2 y H2O y liberando energía, esta energía se usa para sintetizar
una sustancia de alta energía que se denomina ATP.
Las mitocondrias se producen por sí mismas. Pueden formas una segunda, tercera, etc.,
siempre y cuando la célula necesite cantidades mayores de ATP. La mitocondria contiene
un ADN similar al que se encuentra en el núcleo de la célula. El ADN consiste en controlar
la replicación de las mitocondrias.
*Citoesqueleto celular: estructuras filamentosas y tubulares: El Citoesqueleto es una
red de proteínas fibrilares organizadas habitualmente en filamentos o túbulos que se
originan como moléculas proteicas precursoras sintetizadas por los ribosomas en el
citoplasma, luego se polimerizan para formar filamentos, cantidades de filamentos de actina
en la zona exterior del citoplasma se conoce como "Ectoplasma" para formar un soporte
elástico. Además los filamentos de actina
y miosina se organizan en los
miocitos.
Todas las células usan un tipo especial
de filamento rígido formado por
polímeros de tubulina para construir
estructuras tubulares fuertes, los
microtubulos. Una de las funciones
principales de los microtubulos es actuar como Citoesqueleto, proporcionando estructuras
físicas rígidas para determinadas partes de las células. Además participa en la división de
las células, permite su movimiento y proporciona una especie de ruta que dirige el
movimiento de los orgánulos en el interior de la célula.
*Núcleo: Es el centro de control de la célula. Envía mensajes a esta para que crezca y
madure, replique y muera, contiene grandes cantidades de ADN que comprende los genes
que son los que determinan las características de las proteínas celulares- los genes también
controlan y promueven la reproducción de la célula. Los genes se reproducen primero para
crear dos juegos idénticos de genes y después se divide
la célula utilizando un proceso especial conocido como
Mitosis para formar 2 células hijas cada una de las
cuales recibe uno de los dos juegos de genes de ADN.
La cromatina, un material que se tiñe de oscuro por todo
el nucleoplasma, se organiza en forma de cromosomas
muy estructurados que se identifican fácilmente.
*Membrana nuclear: La membrana nuclear o cubierta nuclear consiste realmente en dos
membranas bicapa separadas, una dentro de la otra. La membrana externa es una
continuación de retículo endoplásmico del citoplasma celular y el espacio que queda entre
las dos membranas nucleares también es una continuación con el espacio interior del
retículo endoplásmico. Varios miles de poros nucleares atraviesan la membrana nuclear, la
zona centran de cada poro mide solo unos 9nm de diámetro.
*Nucléolos y formación de ribosomas:Los núcleos de la mayoría de las células contienen
nucléolos, estos no tienen una membrana limitante, si no que consisten en una acumulación
simple de grandes cantidades de ARN y proteínas de los tipos encontrados en los
ribosomas. El nucléolo aumenta de tamaño considerablemente cuando la célula está
sintetizando proteínas activamente.
La formación de los nucléolos comienza en el núcleo. Los genes específicos de ADN de los
cromosomas dan lugar a la síntesis de ARN, parte del cual se almacena en los nucléolos,
aunque la mayoría se transporta hacia afuera, a traves de los poros nucleares.
Comparación entre la célula animal y las formas de vida precelulares
Virus pequeño: 15 nm
Virus grande: 150 nm
Rickettsia: 350 nm
Bacteria: 1 microm
Célula: 5-10 microm
El componente vital esencial de los virus pequeños es un ácido nucleico embebido en un
recubrimiento proteico.
Ingestión por célula: endocitosis
Si una célula va vivir, crecer y reproducirse debe obtener nutrientes de los líquidos
circundantes, la mayoría de las sustancias atraviesan la membrana celular por difusión y
transporte activo.
La difusión implica el movimiento simple a través de la membrana, provocado por el
movimiento aleatorio de las moléculas de la sustancia, se desplazan a través de los poros de
la membrana celular en el caso de las sustancias liposolubles, a través de la matriz lipídica
de la membrana.
El transporte activo es el transporte real de una sustancia a través de la membrana mediante
una estructura física de carácter proteico que penetra en todo el espesor de la membrana.
Las partículas muy grandes entran en la célula mediante una función especializada de la
membrana celular que se denomina Endocitosis. Las formas principales de endocitosis sin
las pinocitosis y fagocitosis. La pinocitosis se refiere a la ingestión de partículas diminutas
que forman vesículas de líquido extracelular y partículas dentro del citoplasma celular. La
fagocitosis se refiere a la ingestión de partículas grandes, como bacterias, células enteras o
porciones de tejido degenerado.
*Pinocitosis: Se produce en las membranas células de la mayoría de las células, las
vesículas de pinocitosis son tan pequeñas de 100 a 200 nm de diámetro. Es el único medio
por el cual las principales macromoléculas grandes, como las moléculas proteicas pueden
atravesar en las células.
*Fagocitosis: Se produce del mismo modo que la pinocitosis, excepto porque implica la
participación de las partículas grandes y no moléculas. Tiene la capacidad de realizar
fagocitosis, los macrófagos tisulares y algunos leucocitos sanguíneos. Se inicia cuando una
partícula como una bacteria, una célula muerta o un resto de tejido se une a los receptores
de la superficie de los fagocitos.
Digestión de las sustancias extrañas introducidas por pinocitosis y fagocitosis dentro de la
célula por los lisosomas
Después de que aparezca una vesícula de pinocitosis o fagocitosis dentro de una célula se
unen a ella uno o más lisosomas que vacían sus hidrolasas acidas, se forma una vesícula
digestiva, donde las hidrolasas comienzan a hidrolizar las proteínas, hidratos de carbono,
los lípidos, etc., lo que queda en la vesícula se le llama cuerpo residual, representa las
sustancias indigestibles, el cuerpo residual se excreta finalmente a través de la membrana
célula en un proceso denominado Exocitosis que es esencialmente lo contrario que la
endocitosis.
Las vesículas de pinocitosis y fagocitosis que contienen los lisosomas pueden considerarse
los órganos digestivos de la célula.
*Regresión de los tejidos y autolisis de las células dañadas:Los tejidos del organismo a
menudo regresan a un tamaño más pequeño. Los lisosomas son responsables de gran parte
de esta regresión.
Otra función de los lisosomas es la eliminación de las células o porciones de esta dañadas
en los tejidos, el daño de una célula causado por calor, frio, un traumatismo. Las hidrolasas
liberadas comienzan inmediatamente a digerir las sustancias orgánicas circundantes. Si el
daño es importante se digiere toda la célula, lo que se denomina Autolisis. La célula se
elimina por completo y se forma una nueva célula del mismo tipo para ocupar el puesto
anterior.
Los lisosomas contienen sustancias bactericida que pueden matar a las bacterias fagocitadas
antes de que provoquen daños a la célula, esas sustancias son: 1) lisozima 2) lisoferrina 3)
un medio acido con un PH en torno a 5 que activa las hidrolasas e inactiva los sistemas
metabólicos bacterianos.
*Reciclado de los orgánulos celulares: autofagia. Los lisosomas desempeñan un papel
importante en el proceso de autofagia, que literalmente significa “comerse a sí mismo”, es
un proceso de limpieza según el cual los orgánulos y los grandes agregados proteicos
obsoletos se degradan y se reciclan. Los orgánulos deteriorados son transferidos a
lisosomas por estructuras de doble membrana denominadas Autofagosomas que se forman
en el citosol.
Síntesis de estructuras celulares en el retículo endoplásmico y el aparato de Golgi
Funciones específicas del retículo endoplásmico
La mayor parte de las síntesis comienza en el retículo endoplásmico, los productos
formados pasan entonces al aparato de Golgi, donde también se procesan antes de ser
liberados en el citoplasma.
Las proteínas se forman en el retículo endoplásmico
Las porción granular del retículo endoplásmico se caracteriza por un gran número de
ribosomas unido a las superficies externas de la membrana del retículo endoplásmico.
Síntesis de lípidos en el retículo endoplásmico liso
El retículo endoplásmico también sintetiza lípidos como fosfolípidos y colesterol. Esto
lípidos se incorporan rápidamente a la bicapa lipídica del propio retículo endoplásmico
provocando que su crecimiento sea aún mayor. Este proceso tiene lugar en la porción lisa
del retículo endoplásmico.
Para evitar que el RE crezca más allá de las necesidades de la célula, las vesículas pequeñas
conocías como vesículas RE o vesículas de transporte se separan continuamente del retículo
liso, la mayoría migra después rápidamente hacia el aparato de Golgi.
Otras funciones:
Proporciona las enzimas de controlan la escisión del glucógeno cuando se tiene que
usar el glucógeno para energía.
Proporciona enzimas que son capaces de detoxificar las sustancias, como farmacias
que pueden dañar a la célula, consigue la detoxificacion por coagulación, oxidación,
hidrolisis, conjugación con ácido glucuronico y de otras formas
Funciones específicas del aparato de Golgi
Tiene la capacidad de sintetizar ciertos hidratos de carbono que no se pueden formar en el
retículo endoplásmico para la formación de los grandes polímeros de sacáridos que se unen
a cantidad pequeñas de proteínas.
Procesamiento de las secreciones endoplamaticas en el aparato de Golgi, formación de
vesículas
A medida que se forman las sustancias en el retículo endoplásmico, las proteínas se
transportan a través de los túbulos hacia porciones del retículo endoplásmico liso que está
más cerca del aparato Golgi. Las vesículas pequeñas de transporte compuestas por
pequeñas envolturas de retículo endoplásmico liso se van escindiendo continuamente y
difundiendo hasta la capa más profunda del aparato de Golgi. Dentro de estas vesículas se
sintetizan proteínas y otros productos del retículo endoplásmico.
Las vesículas de transporte de fusionan instantáneamente con el aparato de Golgi y vacían
las sustancias que contienen hacia los espacios vesiculares de este. Se añaden moléculas de
hidrato de carbono. Una función importante del aparto de Golgi es compactar las
secreciones del RE en estructuras muy concentradas, se produce la compactación y
procesado. Por último se separan continuamente vesículas tanto pequeñas como grandes
desde el aparato de Golgi que transportan con ellas las sustancias segregadas compactadas
y a su vez las vesículas difunden a través de la célula.
Tipos de vesículas formadas por el aparato de Golgi: vesículas secretoras y lisosomas
Las vesículas secretoras que contienen proteínas difunden primero hacia la membrana
celular y vacían sus sustancias hacia el exterior por el mecanismo denominado Exocitosis.
La exocitosis se estimula por la entrada de iones calcio en la célula, los iones calcio
interaccionan con la membrana vesículas y provoca fusión con la membrana celular,
seguida por exocitosis, la apertura de la superficie externa de las membranas y la extrusión
de su contenido fuera de la célula. Algunas vesículas están destinadas al uso intracelular.
Uso de las vesículas intracelulares para reponer las membranas celulares
Esta fusión aumenta la superficie de estas membranas u repone membranas a medida que se
van utilizando. El sistema de membrana de RE y el aparato de Golgi representa un órgano
de un metabolismo intenso que es capaz de formar nuevas estructuras intracelulares así
como sustancias secretoras que se van a extruir de la célula.
Extracción de energía de los nutrientes: función de la mitocondria
Las células extraen energía de los alimentos que reaccionan químicamente con el oxígeno:
los hidratos de carbono, las grasas, las proteínas. Todos los hidratos de carbono se
convierten en aminoácidos y las grasas en ácidos grasos.
Casi todas las reacciones oxidativas se producen dentro de la mitocondria y la energía que
se libera se usa para formar el compuesto de alta energía ATP, el ATP y no los alimentos
originales, se usa en la célula para dar energía prácticamente a todas las reacciones
metabólicas intracelulares posteriores.
Características funcionales del ATP
El ATP está compuesto por 1) una base nitrogenada adenina 2) el azúcar pentosa ribosa 3)
tres radicales fosfato. Los dos últimos radicales fosfato están conectados con el resto de la
molécula mediante los denominados enlaces fosfato de alta energía. El enlace de alta
energía es muy lábil, puede dividirse instantáneamente a demanda siempre que se requiera
energía para promover otras reacciones intracelulares.
Cuando el ATP libera su energía se separa un radical de ácido fosfórico y se forma
difosfato de adenosina (ADP). Para reconstruir el ATP, la energía derivada de los nutrientes
celulares hace que el ADP y el ácido fosfórico se recombinen para formar una nueva
molécula de ATP y todo el proceso se repite una y otra vez, el ATP se conoce como la
moneda energética de la célula porque se puede gastar y recomponer continuamente con un
ciclo metabólico de solo unos minutos.
Procesos químicos de la formación del ATP: función de la mitocondria
Al entrar en las células la glucosa es objeto de la acción de las enzimas en el citoplasma que
lo convierten en acido pirúvico (glucolisis).
El 95% de la formación del ATP celular tiene lugar en la mitocondria. El ácido pirúvico
que deriva de los hidratos de carbono, los ácidos grasos de los lípidos y los aminoácidos de
las proteínas se convierten finalmente en el compuesto Acetil coenzima A (CoA) en la
matriz de las mitocondrias, se disuelve para extraer su energía a través de la secuencia de
las reacciones químicas que se conoce como Ciclo del ácido cítrico o ciclo de Krebs
En este ciclo, la acetil CoA se divide n sus componentes, átomos de hidrogeno y dióxido de
carbono. El dióxido de carbono difunde fuera de la mitocondria, y luego fuera de la célula y
por último se excreta desde el organismo a través de los pulmones.
Ahora, los átomos de hidrogeno son muy reactivos y se combinan con el oxígeno que
también ha difundido hacia la mitocondria, libera una cantidad tremenda de energía que
utiliza la mitocondria para convertir cantidades elevadas de ADP a ATP, el proceso
requiere la participación de numerosas enzimas proteicas.
El episodio inicial es la eliminación de un electrón desde el átomo de hidrogeno, con lo que
se convierte en un ion hidrogeno. El episodio final es la combinación de los iones
hidrogeno con oxígeno para formar agua, liberándose cantidades tremendas de energía
hacia las grandes proteínas globulares que protruyen a modo de pomos desde las
membranas de los espacios mitocondriales, el proceso se denomina ATP sintetasa. Este
proceso global que conduce a la formación de ATP se conoce como Mecanismo
quimiosmotico.
Usos del ATP para las funciones celulares
Se usa para promover tres categorías principales de funciones celulares
1. Transporte de sustancias a través de múltiples membranas en la célula
2. Síntesis de compuestos químicos a través de la célula
3. Trabajo mecánico
Además del transporte de sodio en la membrana, la energía del ATP es necesaria para el
transporte a través de la membrana de iones potasio, calcio, magnesio, fosfato, cloruro,
urato, hidrogeno y otros iones. El transporte en la membrana es tan importante, consume el
80% del ATP que forman solo para este propósito.
Sintetiza proteínas, las células fabrican fosfolípidos, colesterol, purinas, pirimidinas. La
síntesis de casi todos los compuestos químicos requiere energía.
La formación de cada uno de estos enlaces requiere la energía derivada de la escisión de
cuatro enlaces de alta energía. Algunas células usan hasta 75% de todo el ATP formado en
la célula, para sintetizar nuevos compuestos químicos.
El principal uso final del ATP consiste en suministrar energía para las células especiales
para realizar trabajo mecánico.
La fuente de la energía que se usa en todos estos tipos de trabajo mecánico es el ATP. Es
decir, el ATP siempre está disponible para liberar su energía rápidamente, casi
explosivamente, siempre que la célula lo necesite, para sustituir el ATP que ha usado la
célula se producen reacciones químicas mucho más lentas que escinden los hidratos de
carbono, las grasas y las proteínas y usan la energía derivada de estos procesos para formar
nuevo ATP. El 95% de este ATP se forma en la mitocondria, por eso se le conoce también
como el “Centro neurálgico” de la célula.
Locomoción de las células
El tipo más evidente de movimiento es el de los miocitos en el musculo esquelético,
cardiaco y liso, constituye casi el 50% de toda la masa del organismo. Otros tipos de
movimiento son el amebiano y el ciliar.
Movimiento amebiano
Es el movimiento de toda la célula en relación con su entorno, recibe su nombre por el
movimiento de las amebas que han proporcionado una herramienta excelente para el
estudio del fenómeno.
El movimiento amebiano comienza con la producción de un seudópodo desde un extremo
de la célula. Este seudópodo se proyecta lejos de la célula y se asegura parcialmente en una
zona nueva, luego, tira del resto de la célula hacia él.
Existen 2 efectos esenciales también para el movimiento anterógrado de la célula. El
primero es la unión del seudópodo a los tejidos circundantes, de forma que se fija en su
posición directora mientras que el resto de la célula es arrastrado hacia delante hacia el
punto de anclaje. Cuando las vesículas entran a formar parte de la membrana del seudópodo
se abren de forma que su interior se vierte hacia el exterior y los receptores protruyen ahora
hacia el exterior y se unen a los ligando de los tejidos circundantes.
En el extremo opuesto, forman nuevas vesículas de endocitosis, luego corren hacia el
extremo del seudópodo de la célula, donde se usan para formar una membrana nueva para
este.
El segundo efecto consiste en proporcionar la energía necesaria para tirar de la célula en
dirección del seudópodo, en el citoplasma hay proteína activa, se encuentra en forma de
moléculas sencillas que no proporcionan ninguna potencia motriz, pero, estas moléculas se
polimerizan para formar una red filamentosa que se contrae con una proteína de unión a la
actina, como la miosina. Este mecanismo sucede en el seudópodo de una célula en
movimiento.
Tipos de células que muestran movimiento amebiano:
1. Leucocitos
2. Fibroblastos
3. Embrión y feto
Control del movimiento amebiano: quimiotaxia
El iniciador más importante del movimiento amebiano es la quimiotaxia, proceso que se
produce como consecuencia de la aparición de determinadas sustancias en el tejido, la
sustancia que provoque quimiotaxia se conoce como Sustancia quimio táctica y la mayoría
de las células que utilizan movimiento amebianos se desplazan hacia el origen de la
sustancia quimio táctica, desde una zona de concentración más baja a otra de concentración
alta, o sea, quimiotaxia positiva, mientras que otras se alejan del origen, quimiotaxia
negativa.
Cilios y movimientos ciliares
Un segundo tipo, es el movimiento ciliar, este es un movimiento a modo de látigo de los
cilios que se encuentran en la superficie de las células, existe solo en dos lugares del cuerpo
humano: en la superficie de las vías aéreas y en la superficie interna de las trompas uterinas
(trompas de Falopio) de aparato reproductor. Hace que una capa de moco se desplace a una
velocidad aproximada de 1cm/min hacia la faringe, con lo que el moco y las partículas que
han quedado atrapadas en el moco se están limpiando continuamente. En las trompas de
Falopio los cilios provocan un movimiento lento del líquido desde el orificio de la trompa a
la cavidad uterina y este movimiento de líquido transporta el ovulo desde el ovario al útero.
El cilio tiene el aspecto de un pelo recto o curvo con punta afilada que se proyecta 2-4
microm desde la superficie de la célula. Hay 200 cilios de cada célula epitelial dentro de
las vías aéreas. El cilio está cubierto por una protrusión y se apoya de 11 microtubulos, 9
túbulos dobles situados en la periferia del cilio y 2 túbulos sencillos hacia el centro. Cada
cilio es una excrecencia de una estructura que se apoya inmediatamente por debajo de la
membrana celular, el cuerpo basal del cilio. El flagelo de un espermatozoide es similar,
tiene el mismo tipo de estructura y el mismo tipo de mecanismo contráctil, pero el flagelo
es mucho más largo y se desplaza con ondas cuasi-sinusoidal, en lugar del movimiento de
tipo látigo.
Mecanismo del movimiento ciliar
Los nueves túbulos dobles y los dos túbulos sencillos están unidos entre sí mediante un
complejo de enlaces reticulares proteicos. El conjunto de túbulos y enlaces reticulares se
conoce como Axonema.
Existen 2 condiciones necesarias para que el batido del Axonema continúe después de
eliminar las demás estructuras del cilio:
1. Disponibilidad de ATP
2. Las condiciones iónicas apropiadas (magnesio y calcio)
Los cilios de algunas células que tienen alteraciones genéticas no tienen los dos túbulos
simples centrales y no hacen el movimiento de batido, quizás sea una señal electroquímica
que se transmite a lo largo de estos túbulos centrales para activar los brazos de dineina.
1.3- Control genético de la síntesis proteica, las funciones de la célula y la
reproducción celular
Los genes los podemos encontrar en el núcleo de las células y son los encargados de
controlar la herencia de padre a hijo. Sin embargo los genes también controlan el
funcionamiento de las células, desde las sustancias que se deben sintetizar hasta las
hormonas y productos químicos que participan.
Cada gen que está compuesto por ácido desoxirribonucleico, controla la formación de otro
ácido nucleico, el ácido ribonucleico que después controla la formación de una proteína. El
proceso desde la transcripción del código genético en el núcleo hasta la traducción del
código del ARN se le conoce como expresión génica.
Tenemos cerca de 30000 genes, por lo tanto, hay una gran variedad de proteínas que se
pueden sintetizar. El número distinto de proteínas que la célula puede producir son
aproximadamente de 10000.
Genes en el núcleo celular
En el núcleo celular hay un gran número de genes unidos por sus extremos, formando las
moléculas de doble hélice largas de ADN que tienen un peso molecular que se mide por
miles de millones.
Bloques básicos de la herencia.
Los compuestos químicos básicos implicados en la formación del ADN son el ácido
fosfórico, el azúcar desoxirribosa y cuatro bases nitrogenadas (dos purínicas, adenina y
guanina, y dos pirimidínicas, timina y citosina).
*Nucleótidos: La primera etapa en la formación de ADN consiste en combinar una
molécula de ácido fosfórico, una molécula de desoxirribosa y una de las cuatro bases
nitrogenadas para formar un nucleótido acido. Como tenemos 4 bases nitrogenadas
podemos crear 4 ácidos nucleicos: los ácidos desoxiadenílico, desoxitimidílico,
desoxiguanílico y desoxicitidílico.
Organización de los nucleótidos para formar dos hebras de ADN unidas laxamente
entre sí
El esqueleto del ADN lo forman los grupos de ácido fosfórico y desoxirribosas que se van
alternando y es de la molécula de azúcar que se une la base nitrogenada, y esta se une a la
otra base nitrogenada a través de enlaces de hidrogeno entre las bases purimidinicas y
pirimidinicas. Es importante matizar que:
Una base purinica de adenina siempre se une con una base pirimidínica de timina
de la otra.
Cada base purínica de guanina siempre se une con una base pirimidínica de citosina.
La secuencia de los pares de bases complementarios es CG, CG, GC, TA, CG, TA, GC, AT
y AT. Debido a la laxitud de los enlaces de hidrógeno, las dos hebras se separan con
facilidad y lo hacen muchas veces cuando realizan sus funciones en la célula. En cada
vuelta completa de la hélice de la molécula de ADN hay 10 pares de nucleótidos.
Código genético
La importancia del ADN radica en el
control de síntesis de proteínas por parte
de la célula. El código genético se forma
cuando la molécula de DNA se divide y
quedan expuestas las bases nitrogenadas.
El código genético está comprendido por
tripletes, es decir, tres bases representan
una parte del código genético. Los
tripletes representan en ultimo termino
los aminoácidos que la célula debe
sintetizar.
Por ejemplo en la siguiente imagen veremos 3 tripletes.
Se aprecia que su conformación no nos conlleva a un aminoácido respectivo.
El código de ADN del núcleo celular se transfiere al código de ARN en el citoplasma
celular: proceso de transcripción.
Como podemos observar la mayoría de reacciones en la célula se llevan a cabo en el citosol
y la síntesis de proteínas no es la excepción, por eso hay una mecanismo que consiste en la
participación del ARN, el cual recibe la transcripción del ADN y es el ARN el que sale del
núcleo a través de los poros de la membrana nuclear para controlar las reacciones en el
citosol.
Síntesis de ARN
Las dos hebras de la molécula de ADN se separan temporalmente y una de ellas se usa
como plantilla para la síntesis de una molécula de ARN. Los tripletes del código del ADN
provocan la formación de tripletes con un código
complementario (o codones) en el ARN El ARN se sintetiza
en el núcleo a partir de una plantilla de ADN.
Cuando se crea el ARN es necesario que la molécula de ADN
se divida y una parte de ella se usara para la creación de este.
La transcripción del ARN a través de una parte de la molécula
de ADN genera un código complementario o codones que a
su vez, estos, controlarán la secuencia de aminoácidos en una
proteína que se va a sintetizar en el citoplasma celular.
*Bloques básicos para la construcción del ARN: En la formación del ARN se utiliza el
azúcar ribosa, que contiene un ion hidroxilo de más y en vez de tiamina se utiliza otra
pirimidina, el uracilo. Se forman los nucleótidos a partir de 4 bases, proceso similar al de la
sintesis de nucleotidos de ADN.
*Activación de los nucleótidos de ARN: Por una enzima, polimerasa de ARN, lo que se
produce añadiendo a cada nucleótido dos radicales fosfato más para formar trifosfatos.
Estos dos últimos fosfatos se combinan con el nucleótido mediante enlaces de fosfato de
alta energía derivados del ATP celular.
Montaje de la cadena de ARN a partir de los nucleótidos activados usando una cadena
de ADN como plantilla: proceso de «transcripción».
La ARN polimerasa tiene una estructura correspondiente al promotor, el cual, indica
cuando iniciar la síntesis del ARN. Otra función esencial de la ARN polimerasa es la de
abrir dos vueltas de ADN para después desplazarse en la mitad de ADN y formar las
moléculas correspondientes de ARN. Para sintetizar la molécula de ADN la ARN
polimerasa crea un enlace de hidrogeno entre la base nitrogenada del ADN y el nucleótido
de ARN en el nucleoplasma, después la ARN polimerasa va quitando los grupos fosfatos de
ARN y liberando una gran cantidad de energía para crear el enlace covalente que une a la
ribosa y al ácido fosfórico, consiguiente a esto, la ARN polimerasa encuentra una secuencia
terminadora que indica el fin de la transcripción y la enzima se puede volver a utilizar.
Existen diferentes tipos de ARN
*ARN mensajero: codones
Son cadenas largas y sencillas que se encuentran en el citoplasma.
Codones de ARN para los distintos aminoácidos
Un codón es el inicio de síntesis de la molécula y tres codones indican la señal de
terminación.
*ARN de transferencia: los anti codones.
El ARN de transferencia sirve como un transporte para los aminoácidos y está
especializado ya que un ARNt reconoce un solo tipo de aminoácido del ARNm.
En el ARNt en una parte siempre hay un ácido adenílico en donde el grupo hidroxilo de la
ribosa del ácido adenílico se une el aminoácido. Como el ARNt es muy selectivo tiene que
reconocer a ciertos codones en el ARNm y unir las bases nitrogenadas correspondientes
para formar la proteína indicada.
*ARN ribosómico.
El ARN ribosómico, su función consiste en formar parte del ribosoma hasta un 60%..
*Poliribosomas
Una molécula de ARNm puede formar varias proteínas, esto se debe a la alineación de
varios ribosomas y usando el mismo ARN mensajero cada quien producirá una parte y
generando varias moléculas llamándolos polirribosomas.
*Enlace peptídico.
Para crear un enlace peptídico se elimina la porción de –OH de la porción COOH y se
elimina un hidrogeno de la porción N2 del otro aminoácido y liberando agua se unen los
dos radicales.
Control de la función génica y actividad bioquímica de las células.
El promotor controla la expresión génica
En eucariotas, lo que incluye a todos los mamíferos, el promotor basal consta de una
secuencia de siete bases (TATAAAA) denominada caja TATA, sitio de unión para la
proteína de unión a TATA, y otros varios e importantes factores de transcripción que se
conocen conjuntamente como complejo IID del factor de transcripción. Además de al
complejo IID del factor de transcripción, en esta región el factor de transcripción IIB se une
a la ADN y ARN polimerasa 2 para facilitar la transcripción del ADN en ARN.
En la transcripción de genes en eucariotas influyen también los reforzadores, regiones de
ADN que pueden unirse a factores de transcripción. En la organización del cromosoma, es
importante separar los genes activos que están siendo transcritos de los genes reprimidos.
Se consigue mediante aisladores cromosómicos. Estos aisladores son secuencias génicas
que proporcionan una barrera de tal forma que un gen específico queda aislado de las
influencias de transcripción de los genes circundantes. Además, las señales procedentes del
exterior de la célula, como algunas hormonas del organismo, activan zonas determinadas de
los cromosomas y factores específicos de transcripción, con lo que controlan la maquinaria
química para que funcione
la célula.
Control de las funciones intracelulares mediante la regulación enzimática.
La regulación enzimática representa una segunda categoría de mecanismos por los cuales se
pueden controlar las funciones bioquímicas celulares.
*Inhibición enzimática.
Casi siempre, el producto sintetizado actúa sobre la primera enzima de una secuencia en
lugar de hacerlo sobre las enzimas sucesivas, uniéndose directamente a ella y provocando
un cambio conformacional alostérico que la inactiva.
*Activación enzimática.
Cuando hay concentraciones muy bajas de ATP en la célula pero recordamos que cuando
usamos los grupos fosfatos del ATP para la energía el resultado o residuo que queda es
AMPc, este AMPc, sirve como un activador para la enzima fosforilasa, la cual, empieza el
desdoblamiento de glucógeno para liberar glucosa la cual se procesa rápidamente y suelta
energía suficiente para formar ATP.
Otro ejemplo lo podemos ver en la síntesis de purinas y pirimidinas, las purinas desactivan
a las enzima que producen purinas pero activan las que producen pirimidinas, y con las
piridiminas es a la inversa, las pirimidinas activan a las enzimas encargadas de producir
purinas.
El sistema genético de ADN controla la reproducción celular.
Los genes y sus mecanismos reguladores determinan las características de crecimiento de
las células y también si se dividen para formar nuevas células y cuándo. De esta manera, el
sistema genético, tan importante, controla cada etapa del desarrollo del ser humano, desde
el óvulo unicelular fertilizado hasta todo un organismo funcionante. Es decir, si hay un eje
central de la vida, es el sistema genético del ADN.
Ciclo vital de la célula.
El ciclo vital de una célula es el período que transcurre desde el inicio de la reproducción
celular hasta el inicio de la siguiente reproducción celular.
La reproducción celular comienza con la replicación del ADN.
El primer paso en la mitosis consiste en la replicación del ADN contenido en los
cromosomas. La replicación empieza de cinco a diez horas antes de la mitosis y termina de
4 a 8 horas. El resultado neto es que se producen dos réplicas exactas de todo el ADN.
Estas réplicas se convierten en el ADN de las dos células hijas nuevas que se formarán en
la mitosis. Después de esta replicación hay otro período de 1-2 h antes de que se inicie
bruscamente la mitosis. Durante este período comienzan los cambios preliminares que
conducirán a la mitosis.
Fenómenos químicos y físicos de la replicación del ADN.
El ADN se replica del mismo modo en que se transcribe el ARN a partir del ADN, excepto
por algún diferencias importantes:
1. Se replican las dos cadenas de ADN de cada cromosoma, y no solo una de ellas.
2. Las dos cadenas completas de la hélice de ADN se replican de extremo a extremo, y no
solo algún porciones como sucede en la transcripción del ARN.
3. Las principales enzimas que participan en la replicación del ADN componen un
complejo de muchas enzimas, denominado polimerasa de ADN, que es comparable a la
polimerasa de ARN. La polimerasa de ADN se une a la plantilla de una de las cadenas del
ADN y la recorre en toda su longitud, mientras que otra enzima, la ADN ligasa, provoca la
unión de los nucleótidos sucesivos de ADN entre sí, usando enlaces fosfato de alta energía
como fuente de energía para estas uniones.
4. La formación de cada nueva cadena de ADN se produce simultáneamente en cientos de
segmentos a lo largo de cada una de las dos cadenas de la hélice hasta que se replica toda la
cadena. Después, laADN ligasa une los extremos de estas subunidades.
5. Cada cadena de ADN recién formada se mantiene unida mediante un enlace débil de
hidrógeno a la cadena original de ADN que se usó como plantilla, es decir, las dos hélices
de ADN se enrollan unidas.
6. Como las hélices de ADN de cada cromosoma miden aproximadamente 6 cm de longitud
y tienen millones de giros helicoidales, sería imposible que las dos hélices de ADN recién
formadas se desenrollaran si no hubiera algún mecanismo especial. Este desacoplamiento
se consigue por la presencia de enzimas que periódicamente cortan cada hélice a lo largo de
toda su longitud, rotan cada segmento lo suficiente como para provocar la separación y
después vuelven a separar la hélice. Es decir, se desenrollan las dos hélices nuevas.
Reparación de ADN, «corrección de lectura» y «mutaciones» del ADN.
Siempre que se hayan emparejado nucleótidos de ADN incorrectos con la cadena original
que sirve de plantilla actúan unas enzimas especiales que cortan las zonas defectuosas y las
reemplazan con los nucleótidos complementarios apropiados. Este proceso de reparación,
que se consigue con las mismas polimerasas del ADN y ADN ligasas que se usan en la
replicación, recibe el nombre de corrección de lectura de ADN.
Debido a los procesos de reparación y corrección de lectura, el proceso de transcripción
pocas veces comete errores pero, cuando lo hace, el error se denomina mutación.
Cromosomas y su replicación.
Las hélices de ADN del núcleo se enrollan en cromosomas. La célula humana contiene 46
cromosomas dispuestos en 23 pares. Los dos cromosomas recién formados se mantienen
unidos entre sí (hasta el momento de la mitosis) en un punto que se denomina centrómero,
situado cerca del centro. Estos cromosomas duplicados, pero aún unidos entre sí, se
conocen como cromátidas.
Mitosis celular.
El proceso real por el que la célula se divide en dos células nuevas es la mitosis. Una vez
que cada cromosoma se ha replicado para formar las dos cromátidas, en muchas células la
mitosis se produce automáticamente en 1 o 2 h.
Aparato mitótico: función de los centríolos.
Cada centríolo es un pequeño organismo cilíndrico en torno a 0,4 μm de largo y 0,15 μm de
diámetro y está formado principalmente por nueve estructuras tubulares paralelas
dispuestas en forma de cilindro. Los dos centríolos de cada par se disponen en ángulos
rectos entre sí y cada par de centríolos, junto con el material pericentriolar unido a él,
compone el centrosoma.
Poco antes de que tenga lugar la mitosis, los dos pares de centríolos comienzan a separarse
uno de otro. Este movimiento se debe a la polimerización de las proteínas de los
microtúbulos que crecen entre los pares respectivos de centríolos y los separan. Al mismo
tiempo, crecen radialmente otros microtúbulos que alejan los pares de centríolos, formando
una estrella a modo de soporte, que se conoce como áster, en cada extremo de la célula.
Algunas de las puntas del áster penetran en la membrana nuclear y permiten separar los dos
conjuntos de cromátidas durante la mitosis. El complejo De microtúbulos que se extiende
entre los dos nuevos pares de centríolos es el huso, y todo el conjunto de microtúbulos más
los dos pares de centríolos se denominan aparato mitótico.
*Profase
Mientras se forma el haz, los cromosomas del núcleo (que en la interface corresponden a
hebras laxamente enrolladas) se condensan en cromosomas bien definidos.
*Prometafase.
Durante la Prometafase las puntas de los microtúbulos en crecimiento del áster se
fragmentan en la cubierta nuclear. Al mismo tiempo, los múltiples microtúbulos del áster se
unen a las cromátidas en los centrómeros, donde las cromátidas pareadas aún están unidas
entre sí; a continuación, los túbulos tiran de una cromátidas de cada par, alejando cada una
hacia el polo celular correspondiente.
*Metafase.
Durante la metafase las dos ásteres del aparato mitótico se separan. Este empuje parece
suceder porque las puntas de los microtúbulos de ambos, donde se imbrican entre sí para
formar el huso mitótico, realmente se empujan mutuamente.
Simultáneamente, los microtúbulos insertados en las cromátidas tiran fuertemente de ellas
hasta el centro de la célula, alineándolas para formar el plano ecuatorial del huso mitótico.
*Anafase
En esta fase se separa los cromosomas desde el centrómero quedando 46 cromosomas
respectivos en cada lado. Cada uno de ellos es empujado hacia cada uno de los ásteres de la
mitosis, a medida que los dos polos respectivos de la célula en división se van separando
entre sí.
*Telofase
Los dos juegos de cromosomas se separan completamente, el aparato mitótico se disuelve y
se desarrolla una nueva membrana nuclear que rodea cada grupo de cromosomas. Esta
membrana se forma a partir de porciones del retículo endoplásmico que ya están presentes
en el citoplasma. Poco después, la célula se divide en dos, en la zona media entre los dos
núcleos. Este pinzamiento se produce como consecuencia de la formación de un anillo
contráctil de microfilamentos compuestos por actina y, probablemente, miosina (las dos
proteínas contráctiles del músculo) en la unión de las células nuevas que se están
desarrollando, anillo que las termina separando.
Diferenciación celular
La diferenciación celular son los cambios físicos y funcionales de la celular para formar las
distintas estructuras y órganos del cuerpo.
Apoptosis: muerte celular programada.
El número de células del humano no solo está regulada por la velocidad de mitosis sino
también por la de apoptosis. Esto implica una cascada proteolítica para desmontar su cito
esqueleto para deformar su superficie y que un macrófago la elimine. Por otro lado, cuando
las células sufren una lesión, estas, pierden la consistencia de su membrana nuclear y estalla
proceso que recibe el nombre de necrosis celular. Una de las más importantes diferencias es
de que en la necrosis celular la célula derrame sus líquidos y afecta a las células vecinas a
diferencia de la apoptosis en donde no hay ningún derrame.
Cáncer
El cáncer es una nutación o alteración en los genes que controlan el crecimiento y la mitosis
celular. Los protooncogenes son genes que controlan diversas proteínas responsables del
control de la adhesión celular, el crecimiento y la visión. Si mutan o se activan de forma
excesiva, los protooncogenes pueden convertirse en oncogenes con funcionamiento
anómalo capaces de provocar cáncer.
En primer lugar, la mayoría de las células mutadas tiene una capacidad de supervivencia
menor que las células normales y, simplemente, mueren. En segundo lugar, solo algunas de
las células mutadas que sobreviven son cancerosas, porque incluso la mayoría de las células
mutadas tiene controles de retroalimentación normales que impiden su crecimiento
excesivo. En tercer lugar, las células que son potencialmente cancerosas se destruyen, a
menudo en el sistema inmunitario del organismo antes de que crezcan y desarrollen un
cáncer. Estas proteínas activan el sistema inmunitario del organismo, lo que hace que
generen anticuerpos o linfocitos sensibilizados que reaccionan contra las células cancerosas
y las destruyen.
Las células cancerosas matan porque compiten con las células sanas para conseguir los
nutrientes, por lo tanto, entre más se reproducen las células cancerígenas mayor pérdida
será la del tejido normal.
