Bioquímica Clase 1 Temas: La célula Estructura y funciones Metabolismo celular.

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1 bioquímica Clase 1 Temas: La célula Estructura y funciones Metabolismo celular

2 objetivos En esta clase se prentende brindar conceptos basicos sobre la anatomia, fisiologia y bioquimica de la celula, comprender como participa en procesos importantes y analizar como repercute en cada uno de ellos.

3 Bioquímica La bioquímica o química biológica es la ciencia encargada de estudiar las moléculas que constituyen los seres vivos, su estructura, su localización en los tejidos y órganos, las reacciones químicas por las cuales se forman y se destruyen y por ultimo sus funciones. La Bioquímica utiliza las leyes de la física, química general (Mineral y Orgánica).

4 La célula ¿En que se diferencia una célula animal de una vegetal?
¿Dónde se localiza el material hereditario?

5 Definición de célula. Es la unidad anatómico y funcional de todo ser vivo. Tiene función de autoconservación y autorreproducción. Es por esto, por lo que se considera la mínima expresión de vida de todo ser vivo.

6 Tamaño celular. En 1665, Robert Hooke observó con un microscopio un delgado corte de corcho. Hooke notó que el material era poroso. A esos poros, los llamó células. Hooke había observado células muertas. Unos años más tarde, Marcelo Malpighi, anatomista y biólogo italiano, observó células vivas. Fue el primero en estudiar tejidos vivos al microscopio. El tamaño normal de una célula puede variar entr 5 y 50 micras.

7 Clasificacion celular.1
Células procariotas Las células procariotas no poseen un núcleo celular delimitado por una membrana. Los organismos procariontes son las células más simples que se conocen. En este grupo se incluyen las algas azul-verdosas y las bacterias. Células eucariotas Las células eucariotas poseen un núcleo celular delimitado por una membrana. Estas células forman parte de los tejidos de organismos multicelulares como nosotros.Poseen múltiples orgánulos Célula animal y célula vegetal: eucariotas

8 Celula procariota vídeo

9 Célula eucariota. En las células eucariotas se pueden distinguir las siguientes partes principales: Célula animal   Célula vegetal  Membrana celular   Pared celular. Citoplasma  Membrana celular . Núcleo  Citoplasma  . Orgánulos Núcleo. Orgánulos.

10 CÉLULA EUCARIOTA ANIMAL

11 CELULA EUCARIOTA VEGETAL

12 MAMBRANA PLASMÁTICA. La célula está rodeada por una membrana, denominada "membrana plasmática". La membrana delimita el territorio de la célula y controla el contenido químico de la célula.

13 MEMBRANA PLASMÁTICA La membrana plasmática representa el límite entre el medio extracelular y el intracelular. En la composición química de la membrana entran a formar parte lípidos, proteínas y glúcidos

14 COMPOSICION QUIMICA DE LA MEMBRANA
En la composición química de la membrana entran a formar parte lípidos, proteínas y glúcidos en proporciones aproximadas de 40%, 50% y 10%, respectivamente. vídeo

15 MEMBRANA CELULAR Las células requieren nutrientes del exterior y deben eliminar sustancias de desecho procedentes del metabolismo y mantener su medio interno estable. La membrana presenta una permeabilidad selectiva, ya que permite el paso de DETERMINADAS pequeñas moléculas. Los mecanismos de transporte pueden verse en el siguiente esquema:

16 MECANISMOS DE TRANSPORTE A TRAVES DE MEMBRANA

17 MECANISMOS DE TRANSPORTE A TRAVES DE MEMBRANA.(moléculas pequeñas).
1 Y 2.Difusión simple : Es el paso de pequeñas moléculas DE DONDE HAY MAS A DONDE HAY MENOS (POR TANTO NO HAY GASTO ENERGÉTICO); Puede realizarse a través de la bicapa lipídica o a través de canales proteícos.

18 MECANISMOS DE TRANSPORTE A TRAVES DE MEMBRANA.(moléculas pequeñas)
Difusión facilitada(3): MOLÉCULAS que al no poder atravesar la bicapa lipídica, requieren que proteínas trasmembranosas faciliten su paso. Estas proteínass reciben el nombre de proteínas transportadoras que, arrastra a dicha molécula hacia el interior de la célula.

19 MECANISMOS DE TRANSPORTE A TRAVES DE MEMBRANA.(moléculas pequeñas)
El transporte activo (4). En este proceso también actúan proteínas de membrana, pero éstas requieren energía, para transportar las moléculas al otro lado de la membrana. Se produce cuando el transporte se realiza de donde hay menos a donde hay mas. Son ejemplos de transporte activo la bomba de Na/K, y la bomba de Ca.

20 Tranporte de moléculas de gran tamaño.
Endocitosis: Es el proceso por el que la célula capta partículas del medio externo mediante una invaginación de la membrana en la que se engloba la partícula a ingerir.

21 Tranporte de moléculas de gran tamaño.
Exocitosis. Es el mecanismo por el cual las macromoléculas contenidas en vesículas citoplasmáticas son transportadas desde el interior celular hasta la membrana plasmática, para ser vertidas al medio extracelular .

22

23 Núcleo celular. núcleo ADN
El núcleo es el centro de control de la célula, pues contiene toda la información sobre su funcionamiento y el de todos los organismos a los que ésta pertenece. Está rodeado por una membrana nuclear que es porosa por donde se comunica con el citoplasma, generalmente está situado en la parte central y presenta forma esférica u oval. En el interior se encuentran los cromosomas.

24 Citoplasma. El citoplasma es un medio acuoso, de apariencia viscosa, en donde están disueltas muchas sustancias alimenticias. En este medio encontramos pequeñas estructuras que se comportan como órganos de la célula, y que se llaman orgánulos. vídeo

25 ORGÁNULOS DE SINTESIS ALMACENAMIENTO Y TRANSPORTE.
Los ribosomas, que realizan la síntesis de sustancias llamadas proteínas, según ordenes del núcleo. Se encuentran libres en el citoplasma o adosados a la pared del retículo endoplasmático.

26 ORGÁNULOS DE SINTESIS ALMACENAMIENTO Y TRANSPORTE.
Retículo endoplasmático: Consiste en un conjunto de sacos membranosos que forman cavidades comunicados entre si . Existen dos tipos: 1.-RE.rugoso: que presenta ribosomas adosados. 2.-RE liso que carece de ellos. Se encarga del almacenamiento y transporte de sustancias por el citoplasma celular.

27 Aparato de Golgi Está formado por sacos membranosos aplanados y apilados , no comunicados entre si y rodeados por pequeñas vesículas. Se encargan del empaquetamiento y transporte de proteinas y otras sustancias que deben ser exportadas al exterior celular.

28 Vacuolas. Son estructuras parecidas a bolsas rodeadas por una membrana .En las células animales son pequeñas y numerosas . En células vegetales hay pocas , a veces una única vacuola y de gran tamaño .Sirven para almacenar agua nutrientes y desechos.

29 Lisosomas. Son pequeñas vesículas rodeadas por membrana y que contienen enzimas digestivos. Su función es digerir los alimentos que llegan a la célula.

30 Orgánulos de transformación de energía.
MITOCONDRIAS. Células animales y vegetales CLOROPLASTOS. Solo en células vegetales.

31 Mitocondrias Las mitocondrias son los orgánulos celulares encargados de suministrar la mayor parte de la energía necesaria para la actividad celular, Actúan por tanto, como centrales energéticas de la célula .

32 Mitocondrias La energía se obtiene a partir del proceso denominado RESPIRACIÓN CELULAR que consiste en la siguiente transformación: Materia orgánica(glucosa) + O CO2 + H2O + Energía.

33 Cloroplastos. Orgánulos exclusivos de células vegetales.
Tiene forma redondeada y su tamaño varia de unas células a otras. Poseen una membrana externa y otra interna que forma sacos apilados denominados grana.

34 Cloroplastos. Los cloroplastos son orgánulos exclusivos de las células vegetales. En ellos tiene lugar la fotosíntesis , proceso en el que se transforma la energía lumínica en energía química. La energía luminosa es captada por un pigmento de color verde denominado clorofila.

35 FOTOSINTESIS. Los seres vivos poseedores de clorofila y otros pigmentos, captan energía luminosa procedente del sol y la transforman en energía química CON ESA ENERGIA transforman el agua y el CO2 en compuestos orgánicos (glucosa y otros), liberando oxígeno: CO2 + H2O + Energía luminosa Materia orgánica(glucosa) + O2

36 Características de la célula vegetal.
Las células vegetales se caracterizan por poseer: Una gruesa pared formada por celulosa. Cloroplastos encargados de realizar la fotosíntesis. Una única vacuola que ocupa gran parte del citoplasma.

37 Estructuras de soporte y locomoción.
CITOESQUELETO: Conjunto de filamentos que sirven de soporte a los orgánulos y da forma a la célula. Permite el desplazamiento de orgánulos por el citoplasma.

38 Estructuras de soporte y locomoción.
Cilios y flagelos: Los cilios y los flagelos son unas proyecciones largas y finas de la superficie celular que se encuentran en muchísimas células eucariotas. Son prácticamente idénticas, excepto en su longitud. Los cilios son cortos y se encuentran en abundancia Los flagelos son más largos y escasos .

39 Niveles de organización celular.
TEJIDO : Asociación de células identicas. ÓRGANO : Asociación de tejidos que realizan una función común SISTEMAS O APARATOS: Asociación de órganos con una función general ORGANISMO

40 Reproducción celular.Mitosis.
La mitosis es el proceso de división celular por el cual se conserva la información genética contenida en sus cromosomas, que pasa de esta manera a las sucesivas células a que la mitosis va a dar origen. vídeo

41 MEMBRANA PLASMÁTICA

42 Membrana Plasmática La membrana plasmática define la extensión de la célula y mantiene las diferencias esenciales entre el contenido de ésta y su entorno. No es una barrera pasiva Es un filtro altamente selectivo que mantiene la desigual concentración de iones y moléculas orgánicas a ambos lados de ella. Permite que los nutrientes penetren y los productos residuales salgan de la célula.

43 Membrana Plasmática Es una bicapa lipídica que incluye proteínas
La bicapa lipídica constituye la estructura básica de la membrana y actúa de barrera relativamente impermeable al flujo de la mayoría de las moléculas hidrosolubles. El modelo de mosaico fluido es, en biología, un modelo de la estructura de la membrana plasmática propuesto en 1972 por S. J. Singer y G. Nicolson gracias a los avances en microscopía electrónica y al desarrollo de técnicas de criofractura. Según el modelo del mosaico fluído, las proteínas (integrales o periféricas) serían como "icebergs" que navegarían en un mar de lípidos (fluído lipídico).

44 Bicapa lipídica Mosaico fluido

45 Componentes básicos de las membranas
Proteínas Median las funciones de la membrana. Transporte Reacciones enzimáticas Eslabones estructurales entre el citoesqueleto y la matriz extracelular Receptores Lípidos Las moléculas lipídicas son insolubles en agua, pero se disuelven fácilmente en solventes orgánicos. Constituyen aproximadamente un 50% de la masa de la mayoría de membranas plasmáticas de las células animales. Glúcidos: Glicolípidos y Glicoproteínas En la membrana plasmática de todas las células eucariontes, muchas proteínas y algunos lípidos de la superficie celular tienen cadenas de polisacáridos y oligosacáridos unidas covalentemente a ellas.

46 Componentes bioquímicos de las membranas
1. Lípidos Existen 3 tipos principales de lípidos en las membranas celulares A. Fosfolípidos Estructura general de los fosfolípidos: O P O- CH2 CH Grupo Hidrofílico (polar) Colas Hidrofóbicas (no polar) Doble enlace cis Cadenas hidrocarbonadas Saturadas rectas Insaturadas con dobles enlaces cis Grupo de cabeza polar

47 Componentes bioquímicos de las membranas
1. Lípidos A. Fosfolípidos Los principales fosfolípidos de la membrana de eritrocitos humanos: Fosfatidiletanolamina Fosfatidilserina Fosfatidilcolina Esfingomielina La bicapa lipídiaca de la membrana plasmática es asimétrica Fosfatidiletanolamina Fosfatidilserina Fosfatidilcolina Esfingomielina Espacio Extracelular Citosol

48 Componentes bioquímicos de las membranas
1. Lípidos: B. Glucolípidos Lípidos que contienen oligosacáridos Se encuentran únicamente en la mitad exterior de la bicapa Suelen constituir el 5% de las moléculas lipídicas de la monocapa exterior. Espacio Extracelular Citosol

49 Componentes bioquímicos de las membranas
1. Lípidos: C. Colesterol Posición del colesterol en la bicapa Cabeza polar Región rígida de colesterol Región más fluída Cabeza polar Estructura rígida del anillo esteroide Cola hidrocarbonada no polar

50 ¿De qué depende la fluidez de la membrana?
La fluidez de las bicapas lipídicas depende de (i) su composición lipídica y (ii) de la temperatura (i) Temperatura Líquido Viscoso Calor Transición de fase (ii) Composición Lipídica Los dobles enlaces cis de las cadenas hidrocarbonadas insaturadas aumentan la fluidez de la bicapa fosfolipídica, al hacer que el empaquetamiento de las cadenas sea más difícil. La mayor longitud de las cadenas hidrocarbonadas disminuyen la fluidez de membrana. Viscoso Líquido La presencia de colesterol disminuye la fluidez haciendo que las cadenas hidrocarbonadas de los fosfolípidos se junten, compacten y cristalicen (mayor rigidez).

51 Componentes básicos de las membranas
2. Proteínas y glicoproteínas Aunque la estructura básica de las membranas biológicas está determinada por la bicapa lipídica, la mayor parte de sus funciones están desempeñadas por proteínas. La cantidad y el tipo de proteínas de una membrana reflejan su función. Metodológicamente se definieron dos clases de proteínas de membrana: 1) Periféricas: Se disocian de la MP con tratamientos con agentes polares (no destruyen la MP) porque están unidas a la bicapa lipídica mediante uniones débiles. 2) Integrales: Se disocian de la MP mediante tratamientos que rompen la bicapa fosfolipídica porque están unidas a esta por uniones fuertes hidrofóbicas o covalentes. Incluye proteínas de transmembrana y proteínas unidas a una de las dos capas fosfolipídicas por uniones covalentes.

52 Proteínas integrales de membrana
Proteínas de transmembrana Proteínas unidas por uniones covalentes

53 Solubización con detergentes de proteínas integrales
de membrana

54 Componentes bioquímicos de las membranas
3. Glúcidos: Glicolípidos Glicoproteínas En la membrana plasmática de todas las células eucariontes, muchas proteínas y algunos lípidos de la superficie celular tienen cadenas de polisacáridos y oligosacáridos unidas covalentemente a ellas. Glucocálix: Describe la zona periférica, rica en carbohidratos de la superficie de la mayoría de las células eucariotas. Está formado por las cadenas laterales de oligosacáridos de las glucoproteínas y de los glucolípidos unidos a la membrana, aunque también puede corresponder a glucoproteínas y glucolípidos secretados y luego adsorbidos por la célula.

55 Glucocálix

56 Lipid raft o balzas lipídicas
Lipid rafts son ensamblados dinámicos de colesterol, esfingolípidos y proteínas de membrana dispersas dentro de la membrana plamática. Los rafts son plataformas especializadas en transducción de señales, endocitosis y segregación de proteínas. Caveolae es un tipo especializado de lipid raft que contiene a la proteína caveolina y que se caracteriza por invaginaciones morfológicamente definidas de la superficie celular. Proteínas enriquecidas en lípid rafts: Proteínas ancladas a la cara externa de la membrana plasmática (MP) a través de un glicosilfosfatidil-inositol (ancladas a GPI). Enzimas y proteínas adaptadoras doblemente aciladas (Ej: FRS2, Src-Kinasa, etc) y unidas a la cara interna de la MP. Proteínas transmembrana. Lipid raft MP IN OUT Caveola

57 Visualización de los microdominios de membrana

58 Lipid Rafts MP Lipid Raft Sphingolipid Cholesterol Ganglioside
Phosphatidyl choline ethanolamine Saturated phospholipids inositol Unsaturated GPI-linked protein Src-family kinase Citosol MP Medio Extracelular Lipid Rafts + Resistentes al tratamiento en frío con detergentes no iónicos (Tritón X-100)

59 Permeabilidad a través de la membrana
Permeabilidad relativa de una bicapa lipídica frente a diferentes clases de moléculas. Gases: CO2 O2 Moléculas Hidrofobicas, Ej: Benceno Pequeñas moléculas polares, ej: H2O Etanol Polares Grandes, ej: Glucosa Cargadas, Ej: iones Citosol Espacio extracelular Las moléculas que atraviesan la bicapa lipídica a favor de su gradiente de concentración, atraviesan la membrana por difusión simple *Los gases y las moléculas hidrofóbicas difunden rápidamente a través de las bicapas. * Las moléculas pequeñas no polares se disuelven fácilmente en las bicapas lipídicas y por lo tanto difunden con rapidez a través de ellas. * Las moléculas polares sin carga si su tamaño es suficientemente reducido también difunden rápidamente a través de la bicapa.

60 Transporte de moléculas a través de la membrana
Las moléculas que no atraviesan la mebrana por difusión simple, pueden hacerlo mediante proteínas de transmembrana mediante un proceso de difusión facilitada. Cada una de estas proteínas es responsable de la De una molécula o de un grupo de ellas. Uniporte Co-transporte Transporte a través de proteínas Simporte: En el mismo sentido Antiporte: En sentido opuesto Uniporte Simporte Antiporte

61 Transporte de moléculas a través de la membrana
Transportadores (Carrier proteins) Proteínas de transporte Canales (Channel proteins) Transportadores (Carrier proteins): Se unen específicamente a la molécula que debe ser transportada y a través de una serie de cambios conformacionales la transfieren a través de la membrana. Canales (Channel proteins): No necesitan unirse a la molécula que debe ser transportada. Forman poros a lo largo de la bicapa lipídica que cuando están abiertos permiten el pasaje de solutos específicos, usualmente iones inorgánicos de tamaño y carga apropiada,. En gral este tipo de transporte es más rápido que el mediado por las proteínas Transportadoras o Carrier proteins.

62 Transportadores

63 Canales iónicos

64 El transporte llevado a cabo por los Transportadores o Carrier proteins puede ser
activo o pasivo. El transporte llevado a cabo por de los Canales es siempre pasivo. Transporte Pasivo -Si la molécula transportada carece de carga, sólo su diferencia de concentración a los dos lados de la membrana (gradiente de concentración) determina la dirección del transporte pasivo (energéticamente favorable). -Si el soluto lleva una carga neta, su transporte está determinado tanto por su gradiente de concentración como por el gradiente eléctrico total a través de la membrana (potencial de membrana). Ambos gradientes juntos constituyen el gradiente electroquímico (energéticamente favorable).

65 Transporte Activo 1) Transporte Activo dirigido por hidrólisis de ATP
A diferencia del transporte pasivo que se produce de manera espontánea por ser energéticamente favorable El transporte activo está acoplado a una fuente de energía porque es energéticamente desfavorable por producirse en contra del gradiente de concrentración o electroquímico. 1) Transporte Activo dirigido por hidrólisis de ATP Las bombas y los transportadores ABC (con ATP-binding cassettes) son ejemplos de proteínas transportadoras que impulsan activamente el movimiento de solutos en contra de su gradiente de concentración o electroquímico mediante la hidrólisis de ATP. Ej: Transporte activo de H+, Bomba de H+ pH: 5.0 Hidrolasas Acidas Nucleasas Proteasas Glycosidasas Lipasas Fosfatasas Sulfatasas, etc H+ pH: 7.2 ATP ADP Bomba de H+ Bomba de H+ en Lisosomas. Utiliza la energía de hidrólisis del ATP para bombear H+ hacia el interior del lisosoma, manteniendo así el pH lisosomal cercano a 5.

66 Bomba Na-K ATPasa

67 Transportador ABC

68 Transporte Activo 2) Transporte Activo dirigido por gradientes iónicos

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70 Leer sobre la división celular
tarea Leer sobre la división celular