Unidad II. Metabolismo.

1. ¿Por qué se llama al Citoplasma “Encrucijada de Vías Metabólicas”?

Debido a que es el lugar donde se cruzan dos o más vías metabólicas en las cuales se desarrollan grandes cantidades de reacciones bioquímicas, reacciones de degradación del catabolismo y anabolismo que se realizan simultáneamente y que conciernen al metabolismo de los glucósidos, los nucleósidos, los ácidos grasos y de los aminoácidos.

2. Clasifica los materiales que conforman el hialoplasma

Ø  Según sus propiedades físicas: se describe como un líquido semitransparente elástico que contiene partículas suspendidas y una serie de minúsculos túbulos y filamentos que forman un citoesqueleto.

Ø  Según sus propiedades químicas: es 75% a 90% agua.

3. Diagrama La Vía de las Pentosas.

 

 4. Respecto a la Glucólisis indica: etapas en las que se invierte ATP, etapas en la que se genera ATP (a nivel de substrato), Coenzimas reducidas a ser “cobradas” o reoxidadas. En todos los casos indica la enzima.

5. Explica el papel de la Aldolasa y la isomerasa en la Glucólisis.

Aldolasa.	Isomerasa.
Cataliza la escisión de la fructosa-1,6-bisfosfato en dos triosas, dihidroxiacetona fosfato y gliceraldehído 3-fosfato.	Adiciona grupo fosfato a la glucosa, su conversión en fructosa y la adición de otros grupos fosfato a la fructosa. Transforma la dehidroxiacetona a gliceraldehido 3 fosfato.

  

 6. Diagrama el destino del Piruvato en condición a) Anaerobica y b) Aeróbica.

 7. Explica los dos posibles orígenes de la Coenzima A.

 Beta oxidación de los ácidos grasos: Las enzimas remueven dos átomos de carbonos por vez de una larga cadena de átomos de carbono que componen a un ácido graso y unen el fragmento de dos carbonos llamado grupo acetilo a la Coenzima A para formar Acetil Coenzima A molécula que puede ingresar en el ciclo de Krebs, otro de los resultados es que dichas reacciones generan coenzimas reducidas (NADH y FADH2) que pueden ingresar en la cadena respiratoria.

Descarboxilación oxidativa del ácido pirúvico. Cada molécula de piruvato producida en la glucolisis se transporta a través de la membrana mitocondrial interna y hacia la matriz, donde se descarboxila para formar un grupo acetilo de dos carbonos, esta etapa de transición ocurre entre la glucosa y el ciclo de Krebs. Este fragmento de dos carbonos, se une a la CoA y se forma Acetil-CoA, en donde durante esta reacción el NAD+ oxidado es reducido NADH+ + H+, catalizado por reacción del complejo enzimático deshidrogenasa de piruvato. Una vez cumplido el proceso la CoA, se encuentra preparada para incorporarse al ciclo de Krebs. Esta reacción es imprescindible para que la oxidación de los glúcidos continúe por la vía aerobia (ciclo de Krebs, cadena respiratoria, fosforilación oxidativa). De este modo puede aprovecharse toda la energía contenida en dichos nutrientes, con obtención de una cantidad máxima de ATP.

8. Diagrama el ciclo de ÁcidoCítrico–Ácidostricarboxilicos: En el mismo destaca la formación de NADH, FADH, GTP Y CO2.

 9. Compara la cadena de Transporte de electrones (indicando cada transportador) con las Bombas de Protones (indicando cada transportador). Destaca la entrada de cada coenzima reducida (NADH Y FADH) en el determinado transportador. Sigue la ruta  de la Fuerza protón Motriz hasta la ATP sintetasa hasta la Síntesis de ATP.

La cadena transportadora de electrones consiste en 4 complejos de portadores de electrones y dos portadores mas (ubiquinona y citocromo) que se disponen de manera independiente. Los electrones entran en la cadena a partir de NADH mediante el complejo I y cataliza la transferencia de un par de electrones de NADH a la ubiquinona (UQ) generalmente por medio del centro FeS de complejo I.

En el complejo III (citocromo BCl) se cataliza la transferencia de electrones del ubiquinona al citocromo c, a su vez los protones son bombeados al espacio intramembranoso.

El complejo IV (oxidasa de citocromo) se cataliza la reducción de O2. Por cada

molecula de O2 reducida por la oxidasa de citocromo se captan 8 protones, 4 de ellos se consumen en la formación de dos moléculas de agua, los otros cuatro son liberados al espacio membranoso.

Los protones que son bombardeados a través de la membrana mitocondrial interna, genera que el gradiente de protones sea mayor en la matriz, por lo que por medio de esto puede ser utilizado a fin de suministrar la energía para síntesis de ATP mediante la fosforilación del ATP. 

 

 10. Compara la Glucogénesis con la Glucogenólisis.

Glucogénesis	Glucogenolisis
Ruta anabólica por la que tiene lugar la síntesis de glucógeno a partir de un precursor más simple, la glucosa-6-fosfato. Se lleva a cabo principalmente en el hígado, y en menor medida en el músculo, es activado por insulina en respuesta a los altos niveles de glucosa, que pueden ser posteriores a la ingesta de alimentos con carbohidratos	Proceso catabólico llevado a cabo en el citosol que consiste en la remoción de un monómero de glucosa de una molécula de glucógeno mediante fosforilación para producir glucosa 1 fosfato, que después se convertirá en glucosa 6 fosfato, intermediario de la glucólisis.

 11. Describe brevemente la GlucoNeoGénesis.

Es una ruta metabólica anabólica que permite la síntesis de glucosa a partir de precursores no glucídicos. Incluye la utilización de varios aminoácidos, lactato, piruvato, glicerol y cualquiera de los intermediarios del ciclo de los ácidos tricarboxílicos o CICLO de Krebs como fuentes de carbono para la vía metabólica. Todos los aminoácidos, excepto la leucina y la lisina, pueden suministrar carbono para la síntesis de glucosa.

12. A que se llama Ciclo de Cori.

A la circulación cíclica de la glucosa y el lactato entre el músculo y el hígado. Las células musculares se alimentan principalmente de glucosa de sus reservas glucogénicas y sobre todo de la que llega a través de la circulación sanguínea procedente del hígado. A lo largo del ciclo, el glicógeno muscular es desglosado en glucosa y ésta es transformada a piruvato mediante la glucólisis. Este piruvato se transformará en lactato por la vía del metabolismo anaeróbico gracias a la enzima lactato deshidrogenasa. El lactato es transportado hasta el hígado por vía sanguínea y allí es reconvertido a piruvato, y, después, a glucosa a través de la gluconeogénesis. La glucosa puede volver al músculo para servir como fuente de energía inmediata o ser almacenado en forma de glucógeno en el hígado.

  

MITOSIS Y MEIOSIS

Meiosis

Potencial Acción

MODELO MOSAICO FLUIDO Y POTENCIAL ACCIÓN

INTRODUCCIÓN

La membrana plasmática, que rodea a todas las células, define la extensión de la célula y mantiene las diferencias esenciales entre el contenido de esta y su entorno. Esta membrana es un filtro, altamente selectivo, que controla la entrada de nutrientes y la salida de los productos residuales y, ademas, genera diferencias en la concentración de iones entre en interior y el exterior de la célula. La membrana también actúa como un sensor de señales externas, permitiendo a la célula alterar su comportamiento en respuesta a estímulos de su entorno.

La membrana plasmática de la célula es una estructura altamente diferenciada. Cada tipo de célula tiene, en su membrana externa, proteínas especificas que ayudan a controlar el medio intracelular y que interaccionan con señales especificas de su entorno. Aunque sus componentes específicos varían en gran medida de un tipo de membrana a otro, algunos de los conceptos funcionales y procesos que ocurren en ella, como el Equilibrio Donnan, El Potencial Acción y la Membrana según el Modelo Mosaico Fluido, seran explicados a través de este medio didáctico.

MODELO MOSAICO FLUIDO

Modelo de mosaico fluido es, un modelo de la estructura de la membrana plasmática propuesto en 1972 por S. J. Singer y Nicholson, gracias a los avances en microscopía electrónica, el estudio de interacciones hidrófilas, al estudio de enlaces no covalentes como puentes de hidrógeno y el desarrollo de técnicas como la criofractura y el contraste negativo.

En la membrana plasmática, los lípidos se disponen formando una bicapa de fosfolípidos, situados con sus cabezas hidrofílicas hacia el medio externo o hacia el citosol, y sus colas hidrofobicas dispuestas en empalizada. Las proteínas se intercalan en esa bicapa de lípidos dependiendo de las interacciones con las regiones de la zona lipídica.

Tipos de proteínas según su disposición en la bicapa:

Proteínas integrales o intrínsecas: tienen uno o más segmentos que interaccionan directamente con el núcleo hidrofóbico de la bicápa lipidica. la mayor parte de ellas atraviesan la bicápa y se denominan proteínas transmembranas. Estas proteínas solo pueden extraerse de la membrana por acción de detergentes, que desplazan los lípidos unidos a las cadenas laterales hidrofóbicas.

Glicoproteínas: se encuentran atravesando toda la capa de la membrana celular, su nombre es debido a que contiene glúcidos.

Proteínas periféricas o extrínsecas: se enlazan a las membranas mediante interacciones polares y estas interacciones pueden romperse por adición de sales o cambio de ph.la mayoría de las proteínas periféricas de membrana están unidas a la superficie de las proteínas integrales, ya sea en la cara citosólica de la membrana o en la extracelular.

Este modelo fue desarrollado para demostrar la asimetría entre ambas capas, lo que explicaría porque no entran los mismos nutrientes que los que salen.

Características del modelo de Mosaico Fluido:

Características del modelo de Mosaico Fluido:

1.-La membrana es como un mosaico fluido en el que la bicápa lipídica es la base o soporte y las proteínas están incorporadas o asociadas a ella, interactuando unas con otras y con los lípidos. Tanto las proteínas como los lípidos pueden desplazarse lateralmente.

2.-Los lípidos y las proteínas integrales se hallan dispuestos en mosaico.

3.-Las membranas son estructuras asimétricas en cuanto a la distribución de sus componentes, fundamentalmente de los glúcidos, que sólo se encuentran en la cara externa.

Funciones De La Membrana Celular.

La función principal de la membrana plasmática consiste en limitar la célula y, por tanto, en separar el citoplasma y sus orgánulos del medio que los rodea. Este papel no es pasivo, ya que la membrana actúa como una barrera selectiva para el intercambio y el transporte de sustancias. La membrana celular cumple, además, otras funciones esenciales:

- Producción y control de gradientes electroquímicos, ya que en ella se localizan cadenas de transporte y proteínas relacionadas con los mismos.

- Intercambio de señales entre el medio externo y el medio celular.

- División celular: la membrana está implicada en el control y desarrollo de la división celular o citocinesis.

- Inmunidad celular: en la membrana se localizan algunas moléculas con propiedades antigénicas, relacionadas, por ejemplo, con el rechazo en trasplantes de tejidos u órganos de otros individuos.

- Endocitosis y exocitosis: la membrana está relacionada con la captación de partículas de gran tamaño (endocitosis) y con la secreción de sustancias al exterior (exocitosis).

 Composición. 

La membrana está compuesta fundamentalmente por lípidos y proteínas, y en menor cantidad por glúcidos. Su composición relativa se determinó por primera vez en eritrocitos de rata ( 40% de lípidos y 60% de proteínas ). Posteriormente se comprobado que dicha proporción es muy similar en el resto de las células aunque puede variar en función del tipo celular; por ejemplo, en los hepatocitos de rata la proporción es de un 58% de lípidos y un 42% de proteínas, mientras que en las fibras nerviosas las proteínas alcanzan menos del 25%, y en músculo esquelético de rata, el 65% del total.

Lípidos de membrana 

Los lípidos de membrana pertenecen fundamentalmente a tres categorías: fosfolípidos, glucolípidos yesteroles.

- Fosfolípidos. Son los lípidos más abundantes en las membranas biológicas. Presentan una zona hidrófila, que constituye las denominadas cabezas polares (glicerina o glicerol en los fosfoglicéridos), y una zona hidrófoba (ácidos grasos), que forma la cola apolar. Los fosfo1ípidos poseen, por tanto, un carácter anfipático.

- Glucolípidos. Son muy semejantes a los fosfolípidos, pero contienen oligosacáridos. En las células animales suelen ser derivados de esfingolípidos. En las células vegetales y procariotas, sin embargo, los glucolípidos derivan de los fosfog1icéridos. Sólo aparecen en la cara externa de la membrana plasmática.

- Esteroles. Derivados del colesterol y presentes en la membrana plasmática de las células eucariotas, son más abundantes, por lo general, en las células animales.

Representación tridimensional del Modelo Mosaico Fluido, dela Membrana Celular.

POTENCIAL ACCIÓN

También llamado impulso eléctrico, es una onda de descarga eléctrica que viaja a lo largo de la membrana celular modificando su distribución de carga eléctrica. Los potenciales de acción se utilizan en el cuerpo para llevar información entre unos tejidos y otros, lo que hace que sean una característica microscópica esencial para la vida de los seres vivos. 

Pueden generarse por diversos tipos de células corporales, pero las más activas en su uso son las células del sistema nervioso para enviar mensajes entre células nerviosas o desde células nerviosas a otros tejidos corporales, como el músculo o las glándulas.

Características.

·         Sigue la ley de todo o nada.

·         Tiene siempre la misma magnitud

·         No se suma.

·         Se conduce sin decremento.

Fases del potencial de acción.

Las variaciones del potencial de membrana durante el potencial de acción son resultado de cambios en la permeabilidad de la membrana celular a iones específicos (en concreto, sodio y potasio) y por consiguiente cambios en las concentraciones iónicas en los compartimientos intracelular y extracelular. Estas relaciones están matemáticamente definidas por la ecuación de Goldman, Hodgkin y Katz (GHK).

Los cambios en la permeabilidad de la membrana y el establecimiento y cese de corrientes iónicas durante el potencial de acción refleja la apertura y cierre de los canales iónicos que forman zonas de paso a través de membrana para los iones. Las proteínas que regulan el paso de iones a través de la membrana responden a los cambios de potencial de membrana.

En un modelo simplificado del potencial de acción, el potencial de reposo de una parte de la membrana se mantiene con el canal de potasio. La fase ascendente o de despolarización del potencial de acción se inicia cuando el canal de sodio dependiente de potencial se abre, haciendo que la permeabilidad del sodio supere ampliamente a la del potasio. En algunas células, como las células del marcapasos coronario, la fase ascendente se genera por concentración de calcio más que de sodio.

Tras un corto intervalo, el canal de potasio dependiente de voltaje (retardado) se abre, y el canal de sodio se cierra gradualmente. Como consecuencia, el potencial de membrana vuelve al estado de reposo, mostrado en el potencial de acción como una fase descendente.

Debido a que hay más canales de potasio abiertos que canal de sodio, los canales de potasio de membrana y canales de potasio dependientes de voltaje están abiertos, y el canal de sodio está cerrado. La permeabilidad al potasio es ahora mucho mayor que antes del inicio de la fase ascendente, cuando sólo los canales de potasio de membrana estaban abiertos. El potencial de membrana se acerca  más de lo que estaba en reposo, haciendo que el potencial esté en fase refractaria. El canal de potasio retardado dependiente de voltaje se cierra debido a la hiperpolarización, y la célula regresa a su potencial de reposo.

Periodo de latencia. -70 mv

Generador umbral. - 55 mv

Despolarización. 0mv

Sobretiro +30mv

Repolarizacion 10 mv

Hiperpolarizacion.-90mv

Periodo refractario. 

Inicio del potencial de acción

Los potenciales de acción se desencadenan cuando una despolarización inicial alcanza un umbral. Este potencial umbral varía, pero normalmente está en torno a -55 a -50 milivoltios sobre el potencial de reposo de la célula, lo que implica que la corriente de entrada de iones sodio supera la corriente de salida de iones potasio. El flujo neto de carga positiva que acompaña los iones sodio despolariza el potencial de membrana, desembocando en una apertura de los canal de sodio dependientes de voltaje. Estos canales aportan un flujo mayor de corrientes iónicas hacia el interior, aumentando la despolarización en una retroalimentación positiva que hace que la membrana llegue a niveles de despolarización elevados.

El umbral del potencial de acción puede variar cambiando el equilibrio entre las corrientes de sodio y potasio. Por ejemplo, si algunos de los canales de sodio están inactivos, determinado nivel de despolarización abrirá menos canales de sodio, y aumenta así el umbral de despolarización necesario para iniciar el potencial de acción.

Los potenciales de acción son muy dependientes de los equilibrios entre iones sodio y potasio, y por ello los modelos se hacen utilizando sólo dos canales iónicos transmembrana: un canal de sodio dependiente de voltaje y un canal de potasio pasivo.

Periodo Refractario.

Se define como el momento en el que la célula excitable no responde ante un estímulo y por lo tanto no genera un nuevo Potencial de Acción. Se divide en dos: Periodo Refractario Absoluto y Periodo Refractario Relativo.

El Periodo Refractario Absoluto es aquel en el que los Canales de Na+ sensibles a voltaje se encuentran inactivos, por lo que se inhibe el transporte de iones sodio.

En cambio el Periodo Refractario Relativo se da en alguna parte de la Fase de Repolarización, en donde los Canales de Na+ paulatinamente comienzan a cerrarse para así comenzar a abrirse y transportar nuevamente sodio, por lo que al agregar un estímulo excitatorio muy intenso se puede provocar que los canales que se encuentran cerrados en ese momento se abran y generen un nuevo Potencial de Acción.

El Periodo Refractario Relativo termina después de la fase de Hiperpolarización en donde todos los Canales de Na+ sensibles a Voltaje están cerrados y disponibles para un nuevo estímulo.

También existe un Período Refractario Efectivo, que sólo se observa en las células musculares cardíacas, esto se debe a que las células se encuentran formando un sincitio celular. En este caso, la célula se despolariza normalmente, pero no puede conducir dicho estímulo a las células vecinas a ella. Este período refractario, es un parámetro muy útil en la evaluación de drogas antiarrítmicas.

El Periodo Refractario varía de célula a célula, y es una de las características que permiten decir si una célula es más o menos excitable que otra. En otros casos como el músculo cardiaco, su amplio Periodo Refractario le permite la increíble capacidad de no tetanizarse.

Ley del todo o nada

El potencial si al estimular una célula excitable la despolarización de su membrana no alcanza el valor de su potencial crítico o umbral, la célula retorna de inmediato a sus condiciones de reposo por propiedades eléctricas pasivas, es decir, no sucede nada. Mientras que si la intensidad del estimulo es suficiente para que se alcance el valor del potencial critico como se autogenera de inmediato un potencial de acción de amplitud constante con independencia de cuál sea la intensidad del estimulo y que se propaga con esa misma amplitud a lo largo de la célula.

 Algunas consideraciones importantes.

·        Respecto al potencial de acción observado en las células excitables, como las neuronas y células musculares, hay que recalcar que es un cambio transitorio y rápido del potencial de membrana desde un estado de reposo, y que este cambio se relaciona principalmente a cambios en la permeabilidad iónica selectiva de la membrana plasmática.

·        En general, el valor del potencial de membrana depende de la permeabilidad iónica selectiva de la membrana plasmática. Esta permeabilidad iónica selectiva depende de un tipo especial de proteínas integrales de membrana denominadas canales iónicos.

·   Existen canales iónicos para cada tipo de ión presente en las soluciones biológicas. Los canales iónicos pueden estar cerrados o abiertos. En reposo, la membrana plasmática es más permeable al K+ porque es rica en canales de K+ que están abiertos.

·       La separación de cargas se manifiesta como una diferencia de potencial eléctrico (voltaje) entre el interior y el exterior de la célula. Este es el potencial de membrana de reposo y es de valor negativo porque la salida difusional de K+ deja el interior con un exceso de cargas negativas.

     El potencial de acción se inicia cuando se abren canales de Na+. Puesto que en reposo, el Na+ está más concentrado en el exterior y el potencial de reposo es negativo, la apertura de canales de Na+ permite la electrodifusión de Na+ hacia el interior. Las cargas positivas que portan los iones Na+ hacen más positivo el interior de la célula, invirtiendo la polaridad del potencial de membrana.

·     Hay que hacer notar que la cantidad de iones que participan en el ciclo despolarización-repolarización del potencial de acción es muy poca en relación al total de iones que existen en la célula. De hecho, las concentraciones de iones a ambos lados de la membrana prácticamente no cambian durante la entrada o salida de iones.