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FUNDAMENTOS BIOLOGICOS DE LA MOTRICIDAD HUMANA

LA CELULA EUCARIOTA: ESTRUCTURA, METABOLISMO, INTERCAMBIO Y COMUNICACIÓN Uno de los grandes tipos de células. Estructura con un núcleo definido (las que no tienen ese núcleo se las llama procariotas). Las procariotas son las propias de organismos unicelulares y las eucariotas de los pluricelulares (viven en un medio interno y de manera organizada). ESTRUCTURA CELULAR Partes de la célula eucariota: -

Tres partes principales:  Membrana plasmática (o celular)  Flexible que forma la superficie externa de la célula, y contiene al citoplasma  Sigue el modelo del “mosaico fluido” (“proteínas en un mar de lípidos”)  Compuesta por 50% lípidos / 50% proteínas (unidos por puentes de hidrógeno)  Los lípidos actúan como barrera impermeable para la entrada o salida de substancias polares (con carga) y agua  Las proteínas regulan el tráfico de substancias a través de la membrana  50 moléculas lipídicas por cada molécula de proteína  Cadenas de fosfolípidos + proteínas (un extremo está en el espacio intracelular y otro en el extracelular  proteínas integrales) + colesterol (viscosidad y fluidez de la membrana) + carbohidratos (glucolípidos / glucoproteínas  dotan a las células de identidad y pueden ser distintos entre individuos)  Para que la célula tenga una función concreta las proteínas se mantendrían fijas en la membrana debido a unas proteínas periféricas (función de unión)  Citoplasma:  Citosol: líquido intracelular  Semifluido y contiene inclusiones y solutos en disolución  Citoesqueleto:  Red de filamentos de proteínas que se extiende por el citosol  Funciones:  Soporte y morfología celular (sirven como anclaje)  Organización de reacciones químicas  Movimiento celular y de los orgánulos

J. Quijada

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 Reorganización continua  Tipos:  Microfilamentos:  Actina  Movimiento y soporte mecánico  Filamentos intermedios:  Diferentes proteínas  Soporte y anclaje de orgánulos  Microtúbulos:  Tubulina  Morfología celular, transporte intracelular de orgánulos, migración cromosomas durante división celular Organelas u orgánulos: formas particulares y funciones específicas  Lisosomas:  Vesículas que contienen poderosas enzimas digestivas (pH interior = 5.0)  Funciones:  Digerir substancias externas  Autofagia: Reciclado de los propios orgánulos  Autolisis: daño lisosomal tras la muerte  Peroxisomas: más pequeños que los lisosomas  Contienen enzimas (catalasa) que usan oxigeno molecular para oxidar diferentes substancias orgánicas.  Destrucción normal de los aminoácidos y ácidos grasos  Oxida otras substancias toxicas como el alcohol y el formaldehido  La catalasa descompone el agua oxigenada (H2O2)  Proteasomas: son estructuras que eliminan proteínas dañadas, o innecesarias (las proteínas celulares se están renovando continuamente).  Contienen proteasas, que cortan las proteínas en pequeños péptidos  Ribosomas:  Dos subunidades (grande y pequeña)  Compuestos de ARNr y proteínas  Libres o unidos al retículo endoplásmico rugoso  Lugar de síntesis de las proteínas  Dentro de las mitocondrias sintetizan proteínas mitocondriales Página 2

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Retículo endoplásmico  Red de membranas que forman sacos aplanados llamados cisternas  Dos tipos:  Rugoso: donde se almacenan las proteínas  Liso Mitocondrias:  Doble membrana (entre medias hay medio extracelular  espacio intermembranal  almacenamiento)  Externa lisa /interna pliegues(crestas)  Reacciones químicas de la respiración celular  Lugar de producción del ATP, obtenido del catabolismo de las moléculas nutricionales  Tienen ADN propio (circular con 37 genes), se replican cuando es necesario aumentar la producción de ATP  El ADN mitocondrial se hereda habitualmente de la madre  Endosimbiosis  Lynn Margulis (hipótesis)

Núcleo:  La mayoría de las células tiene sólo uno. Los glóbulos rojos no tienen núcleo. Las fibras musculares esqueléticas tienen varios  Rodeado por una membrana doble perforada (poros nucleares  por los que salen el ARNm). Esta membrana se continua con el retículo endoplásmico  Contiene 23 pares de cromosomas, compuestos de ADN, que codifican los genes (cromatinas)

Anabolismo proteico: -

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La mayor parte de la “maquinaria celular” está dedicada a sintetizar un gran número de proteínas diferentes. Las proteínas determinan las características física y químicas de las células La síntesis de proteínas se da en dos pasos: la transcripción (ocurre en el núcleo  ARNm) y la traducción (lee el código del ARNm para sintetizar la proteína correspondiente). Transcripción:   

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La cadena de ADN “sentido” actúa de molde para la creación del ARNm La transcripción comienza en unas secuencias (promotores) a las que se une la enzima ARN polimerasa Esta enzima va leyendo la cadena de ADN y sintetizando la correspondiente cadena de ARNm hasta alcanzar unas secuencias “terminadoras”, donde se detiene y se separa del ADN

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La cadena sintetizada (pre-ARNm) contiene regiones sin información (intrones) que se eliminan por otras enzimas  Los segmentos codificantes de proteínas (exones) forman la cadena final de ARN Traducción:  Fase en la que se crean las proteínas con un ribosoma leyendo la cadena de ARNm.  Un ARNt con tres bases nitrogenadas (anticodón) en un extremo y un aminoácido especifico para esas bases en el otro  Ese ARNt encaja en un punto concreto de tres bases (codón) de la cadena y “junta” los aminoácidos formando una cadena.  Cuando termina el proceso la cadena de aminoácidos (proteína) se suelta. 

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Observaciones El ADN es un gen que codifica una proteína con una función específica El ARN (se decodifica el código): -

ARNmensajero: copia de la secuencia de nucleótidos de un gen

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ARNribosomal  ribosomas  se crean las proteínas  aminoácidos

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ARNtransferencia: llegan los aminoácidos a través de éste al ribosoma

Retículo endoplásmico rugoso tiene ribosomas en su cara citoplasmática El complejo de golgi está compuesto por sacos membranosos Proceso de salida de una proteína al exterior de la célula 1. La proteína se crea 2. Se quedan dentro del retículo endoplásmico rugoso o se quedan atravesando la membrana 3. Se separa una vesícula del retículo (con proteínas tanto dentro como en la membrana) y se desplaza hasta llegar al complejo de golgi 4. La vesícula se fusiona con el complejo de golgi y las proteínas pasan a ser parte de él 5. Se separa una vesícula de complejo de golgi y van pasando al siguiente saco hasta llegar al final 6. Se fusiona con la membrana plasmática de la célula y las proteínas que había dentro de la vesícula pasan al exterior (exocitosis) y las que estaban en la membrana de la vesícula pasan a ser parte de la membrana de la célula

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METABOLISMO CELULAR Metabolismo de los carbohidratos -

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Los polisacáridos y disacáridos se convierten en monosacáridos (fundamentalmente glucosa)  La glucosa se absorbe hacia los capilares sanguíneos del intestino delgado  Se transporta hasta el hígado, a través de la vena porta Mecanismo de difusión: proceso por el que algo se mueve de donde hay una mayor concentración a donde hay menos (gradiente de concentración)  Difusión simple  Difusión facilitada: mediante una proteína (transportador). Este mecanismo se usa para la glucosa (transportador GLUT-4)

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Glucogenólisis:  Liberación de glucosa  No son sólo reacciones inversas  La fosforilasa se activa por el glucagón (páncreas) y la adrenalina (Glándula suprarrenal)activación de todo el proceso  La enzima glucosa-6-fosfatasa está sólo en los hepatocitos, por lo que las células musculares no liberan glucosa a la sangre (no tienen activa la enzima fosfatasa)  Los hepatocitos actúan como reserva de glucosa  Al añadirle a la glucosa el grupo fosfato la hace irreconocible por el transportador de membrana

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Glucogénesis:  Almacenamiento de la glucosa en forma de glucógeno  4 pasos para la formación de glucógeno  Hígado y célula muscular esquelética  Estimulada por la insulina (ayuda para que entre dentro de la célula, y activa y estimula todo el proceso)

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Gluconeogénesis:  El glicerol puede ser transformado en gliceraldehido 3-fosfato; algunos aminoácidos pueden ser transformados en acido pirúvico. Ambos pueden entrar en el ciclo de Krebs  El cortisol, la hormona tiroidea, la adrenalina, el glucagón y la hormona de crecimiento, estimulan la gluconeogénesis  Creación de nueva glucosa a partir de otros compuestos (que no eran glucosa)

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Oxidación de la glucosa (Catabolismo):  Respiración celular:  4 pasos  Glucosa + O2 producen energía, H2O y CO2  Respiración ANAERÓBICA:  Glucólisis (Paso 1)  una molécula de glucosa da lugar a dos moléculas de acido pirúvico (C-C-C)  Se obtienen 2 moléculas de ATP  Genera protones que acaban en un transportador de protones (NADH y FADH)  El ácido pirúvico da lugar a ácido láctico en condiciones anaeróbicas (una parte del ácido láctico se recicla en el hígado y vuelve en forma de nueva glucosa a las células  ciclo de Cori, otra parte se elimina)  Muy rápido pero poco eficiente  Respiración AERÓBICA:  Reacción que ocurre si hay oxigeno  Formación de acetil-CoA (Paso 2) molécula transicional hacia el ciclo de Krebs  Ciclo de Krebs (Paso 3) y cadena transportadora de electrones (Paso 4)  Durante el ciclo de Krebs el acetil-CoA se rompe completamente  El oxigeno se usa para absorber todos los protones que se liberan y se transportan por la cadena transportadora de electrones hacia la mitocondria  Se forman 36 moléculas de ATP  Se obtiene mucha energía pero es más lento y es dependiente del oxigeno

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Catabolismo lipídico: lipólisis  Los triglicéridos se escinden en ácidos grasos y glicerol bajo la influencia de hormonas como la adrenalina, noradrenalina y glucocorticoides y son liberados desde el tejido adiposo. El glicerol y los ácidos grasos son catabolizados independientemente  El glicerol se puede usar para dar lugar a acido pirúvico y los ácidos grasos para dar lugar a acetil-CoA (beta-oxidación)

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Anabolismo lipídico: lipogénesis  La conversión de la glucosa o algunos aminoácidos en lípidos se denomina lipogénesis.  Los hepatocitos pueden convertir los aminoácidos en otras substancias que entran en el ciclo de Krebs:  La desanimación, elimina el grupo amino (NH2), lo convierte en amonio (NH3) y posteriormente en urea  La urea se excreta en la orina  Algunos aminoácidos también pueden ser convertidos en glucosa, ácidos grasos o cuerpos cetónicos  Los aminoácidos no suelen usarse para obtener energía en condiciones normales (no es una vía principal de obtención de energía)

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Cetogénesis: producción de cuerpos cetónicos

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Las reacciones son bidireccionales y las hormonas estimulan las reacciones Metabolismo de las grasas es un metabolismo oxidativo

INTERCAMBIO DE SUSTANCIAS Proteínas integrales de membrana -

Son anfipáticas Las que cruzan todo el espesor de la membrana se denominan proteínas transmembrana La mayoría de las proteínas integrales son glucoproteínas La combinación de las glucoproteínas y algunos glucolípidos forman el glucocálix (glicocálix), que forma parte del sistema de identificación y reconocimiento celular Son diferentes en diferentes células y funcionan como canales (poros), transportadores receptores, enzimas, marcadores celulares, y moléculas de adhesión Las proteínas determinan muchas de las funciones de la membrana Tipos:  Canales iónicos (son selectivos):  permiten el paso especifico de una sustancia  paso de iones: cada tipo de canal iónico solo deja pasar un tipo de ion  el movimiento en los canales se da a favor de un gradiente de difusión  hay canales iónicos que están siempre abiertos y hay otros regulados (el poro no está siempre abierto) por estímulos de tipo químico (pH, ligandos,…) o de tipo físico (Tª, Fuerza, Voltaje), con cierto umbral.  Receptores:  Tienen ligandos específicos. Cuando se unen a su receptor, modifican el funcionamiento celular  Tienen una forma tridimensional específica para su ligando  El ligando se queda fuera de la célula

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Transportadoras:  Ejemplo: transportador de membrana para la glucosa  Unen una sustancia especifica, cambian su forma, y las transportan a través de la membrana (base de la difusión facilitada)  Algunos transportadores aprovechan un gradiente de una sustancia para mover otra Linkers (moléculas de adhesión o fijación):  Anclan proteínas de la membrana, o unas células a otras  Permiten el movimiento celular, y el mantenimiento de la forma y estructura celular Marcadores celulares:  Se encargan de la identidad celular Enzimas

Fluidez y permeabilidad de la membrana -

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Las membranas celulares son estructuras fluidas  Los fosfolípidos y las proteínas se mueven en su mitad de la bicapa El colesterol estabiliza la membrana y reduce la fluidez Tiene permeabilidad selectiva: algunas sustancias pueden atravesarla y otras no La bicapa lipídica es permeable a las moléculas pequeñas, Apolares y sin carga eléctrica, pero es impermeable a iones y moléculas polares Es permeable al agua:  El movimiento de los fosfolípidos permite el movimiento de agua (ósmosis)  Hay proteínas transportadoras que son selectivas para el agua (aquaporinas) Las proteínas transmembrana que actúan como canales o transportadores aumentan la permeabilidad de la membrana a las moléculas que no pueden cruzar la bicapa Las macromoléculas no pueden atravesar la membrana, excepto por mecanismos de transporte vesicular

Gradientes a través de la membrana -

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El gradiente es la diferencia de concentración de una sustancia a ambos lados de la membrana, es decir entre el interior y el exterior de la célula Siempre existe un gradiente a favor del oxigeno en las células (debido que al que entra se consume en las mitocondrias). En el medio extracelular hay mucho sodio y oxígeno y en el intracelular hay mucho potasio y CO2 Entre ellos, los iones de misma carga, provocan el movimiento debido a la fuerza de repulsión L a cara interna de la membrana celular está cargada negativamente, respecto a la cara externa. Esto establece un gradiente eléctrico, denominado potencial de membrana La combinación de ambos gradientes se denomina gradiente electroquímico. Mantener este gradiente es importante para la vida celular

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La diferencia de cargas fuera y dentro de la membrana se publicó en 1937 (dato comentado)

Transporte de moléculas a través de la membrana -

Los procesos por lo que se transportan las sustancias a través de la membrana son esenciales para mantener la vida de la célula Los procesos de transporten que mueven sustancia a través de la membrana pueden ser:  Pasivos, que no requieren energía celular:  Difusión a través de la bicapa lipídica  Difusión a través de canales iónicos  Difusión facilitada  Activos, que requieren energía celular  Mecanismos de transporte vesicular

Principio de difusión -

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La difusión es la mezcla aleatoria de partículas que ocurre en una solución como resultado de la energía cinética de las partículas La velocidad de difusión a través de la membrana está influida por diferentes factores:  Magnitud del gradiente de concentración  Temperatura  Tamaño o masa de la sustancia  Área de difusión  Distancia de difusión Cuanto mayor diferencia de factores mayor velocidad de difusión

Difusión a través de la bicapa -

Los gases respiratorios pasan a través de la bicapa sin necesidad de canales

Difusión a través de canales -

Permiten el paso de pequeños iones empujados por el gradiente de concentración, cada canal sirve para un ion específico. Pueden estar abiertos o cerrados

Difusión facilitada de la glucosa -

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La glucosa se une a su transportador especifico Cambia la conformación del transportador La glucosa se mueve a través de la membrana, a favor de su gradiente Una kinasa añade un grupo fosfato transformándola en glucosa-6-fosfato (impidiendo su salida por el transportador), lo que reduce la concentración intracelular de glucosa, y mantiene en gradiente La proteína transportadora sigue introduciendo glucosa en la célula La velocidad del transporte depende de:  El número de transportadores

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Transporte activo - Transporte de sustancias en contra de su gradiente consumiendo energía - Dos tipos:  Primario: deriva de usar ATP  El más prevalente es la bomba de sodio-potasio (ATPasa):  Mueve el Na+ y el K+ en contra de su gradiente consumiendo ATP  Consume el 40% del ATP de la célula  Mantiene el gradiente  Secundario:  La energía producida por el paso de una sustancia a favor de su gradiente se usa para transportar otra en contra de su gradiente.  Se denominan sistemas de cotransporte  Si las sustancias se dirigen en el mismo sentido se habla de un cotransporte simporte, y si van en sentidos diferentes cotransporte antiporte (manteniendo los principios del sistema de cotransporte) Ósmosis -

Movimiento del agua atraviesa la membrana a través de la bicapa o de las aquaporinas hacia donde hay un soluto más concentrado con el objetivo de diluirlo Para devolver el agua a su nivel de partida se debe ejercer una presión osmótica Tres sustancias importantes de gran capacidad osmótica: Na+, proteínas y glucosa Cuanta más capacidad osmótica (osmoralidad) más presión debo ejercer Solo ocurre cuando la membrana es permeable al agua y no al soluto

Tonicidad -

Diferencia entre la concentración de sustancias del plasma o medio extracelular y la célula Tres tipos de tonicidad:  Isotónico: cuando son iguales sus concentraciones  Hipotónico: sustancias más diluidas en la célula  Hipertónica: sustancias más concentradas en la célula

Transporte vesicular -

Una vesícula es un pequeño saco membranoso formado desde una estructura membranosa previamente existente Endocitosis = introducir algo dentro de la célula  Fagocitosis  Las partículas se unen a proteínas receptoras  Virus o bacterias completas son “engullidas” y di...