La Célula: Estructura, Funciones y Procesos Fundamentales

Membrana Plasmática

Uniones Celulares

Son puntos de contacto entre las membranas plasmáticas de las células, o entre célula y matriz extracelular. Hay tres tipos de uniones:

1. Unión de oclusión: sellan las células epiteliales, evitando el tránsito libre de moléculas pequeñas de una capa a otra, manteniendo la diferencia de concentraciones.
2. Unión de anclaje: sujetan mecánicamente a las células y sus citoesqueletos con las células vecinas y la matriz extracelular.
3. Uniones comunicantes: permiten el intercambio de señales químicas y eléctricas entre células adyacentes. Se dan por medio de las conexinas que forman túneles llenos de líquido que permiten a las células del tejido comunicarse entre sí.

Características de la Membrana Plasmática

• Bicapa: espontáneas y extensas, se cierran en sí mismas formando un compartimento, se autorreparan y son permeables al agua y no a los iones.
• Dinámica: los lípidos y proteínas que la componen se mueven. Tienen diferentes movimientos:
  1. Rotación (gira entorno a un eje)
  2. Difusión lateral
  3. Flip-flop (movimiento de una monocapa a otra por medio de una enzima llamada flipasa)
  4. De flexión (producido por las colas hidrofóbicas)
• Unitaria: las estructuras de todas las membranas son muy parecidas, diferenciándose en cuanto a su función y composición.
• Fluidez: se representa como mosaico fluido de diversas proteínas en la matriz lipídica. La fluidez depende de: la temperatura, la naturaleza de los lípidos y la presencia del colesterol.
• Asimétrica: las dos monocapas tienen distinta composición, distribución de fosfolípidos, colesterol y organización de proteínas. La cara externa compuesta principalmente por fosfatidilcolina y esfingomielina. La interna fosfatidiletanolamina, fosfatidilserina y fosfatidilinositol. La asimetría lateral: los lípidos o proteínas se agrupan en planos o zonas.

Colesterol

Contribuye a la estabilidad de la membrana al interaccionar con las colas hidrofóbicas y a su fluidez evitando que estas se empaqueten y se vuelvan rígidas (a bajas temperaturas), evitan la cristalización de los ácidos grasos insaturados. Su concentración elevada bloquea estéricamente los grandes movimientos de los ácidos grasos y hace a la membrana menos fluida, afectando su resistencia. El colesterol se inserta dentro de la bicapa fosfolipídica con sus grupos polares hidrófilos (-OH) próximos a las cabezas de los fosfolípidos.

Citoesqueleto

Es una estructura dinámica que mantiene la forma de la célula, facilita la movilidad celular (usando cilios y flagelos), y desempeña un importante papel en el tráfico intracelular (movimientos de vesículas y orgánulos) y en la división celular. Cumple con 3 tareas principales:

1. Proporciona armazón mecánico: le da la forma e intercomunica a las membranas y células.
2. Motor de movimiento: ayuda a la movilización de las proteínas.
3. Constituye canales: en el que se realiza el transporte en el interior de la célula.

Está compuesto de:

• Microfilamentos: compuestos de cadenas de actina que forman una hélice. Manteniendo la forma de la célula, participa en las uniones intercelulares, transducción de señales y la movilidad celular, y junto con la miosina permiten la contracción muscular, y en la citocinesis formando el anillo contráctil.
• Filamentos intermedios: filamentos de proteína fibrosa que constituyen los componentes del citoesqueleto más estable y heterogéneo.
• Microtúbulos: estructuras tubulares que se extienden a lo largo del citoplasma, formados por polimerización de proteínas globulares (tubulinas), cada microtúbulo está compuesto de 13 protofilamentos formados de tubulina.

Transporte Activo

1. Canales iónicos: se transportan moléculas cargadas, cuya apertura es regulada por la unión de un pequeño ligando o por una apertura regulada por el cambio de voltaje eléctrico.
2. Transporte en masa: cuando se debe eliminar o incorporar una molécula muy grande, la membrana organiza una vacuola donde esta queda contenida y es transportada. Hay 3 tipos de transportes:
   1. Uniportes (un solo tipo de molécula a favor del gradiente)
   2. Simporte (dos compuestos diferentes)
   3. Antiporte (iones transportados en sentido contrario con otro de la misma carga)

Enzimas

Cofactores

La mayoría de las enzimas requieren para su función la presencia de cofactores (sustancias no proteicas, termoestables) se clasifican en:

• Coenzimas: molécula orgánica relativamente pequeña, no proteica, termoestable y dializable.
• Activadores: Metálicos, mono y divalentes: pueden estar fuerte o débilmente unidos a la enzima. Fe+2, Mg+2. Aniónicos: si están presentes aumentan la actividad de la enzima.
• Grupo prostético: fuertemente unido a la enzima, actúa como transportador intermediario de grupos funcionales.

Forma de Acción

1. Se combinan con la enzima, alteran su estructura terciaria para dar una configuración activa.
2. Transportadores intermediarios de grupos funcionales, átomos o electrones.
3. En la transferencia de electrones o grupos de átomos de una reacción a otra.

Inhibidores

Ciertas moléculas pueden inhibir la acción catalítica de una enzima.

• No competitivo: alteran la conformación espacial de la enzima, impidiendo la unión al sustrato.
• Competitivo: puede ocupar temporalmente el centro activo por semejanza estructural con el sustrato original. Se combina con la enzima y a menudo su afinidad por la enzima es más elevada que la del sustrato natural y ocupan el lugar de este. (E+S—ES—E+P) Y (E + I — EI) la constante de disociación de EI es equivalente a K, pero frente al inhibidor es: K1=(E)(I)/(EI).

Nomenclatura

• Nombre particular (vieja)
• Nombre sistemático: consta de 3 partes: el sustrato preferente, el tipo de reacción realizado, terminación “asa” (ej: glucosa fosfato isomerasa).
• Código de comisión sistemática: cada enzima puede ser identificada por un código numérico, encabezado por las letras EC, seguidas de 4 números separados por puntos. El primer número indica a cuál de las 6 clases pertenece, el segundo subclases dentro de cada grupo, el tercero y cuarto se refieren a los grupos químicos específicos que intervienen en la reacción. Ejemplo: ATP: glucosa fosfotransferasa EC: 2.7.1.2 el 2 transferasa, el 7 fosfotransferasa, 1 aceptor de grupo OH y 2 OH de la D-Glu. El aceptor del grupo fosfato.

Clasificación

• Oxirreductasas: catalizan transferencia de H o electrones de un sustrato a otro (AH2+B—A+BH2)
• Transferasas: catalizan la transferencia de un grupo químico distinto de H de un sustrato a otro (AB+C—A+CB)
• Hidrolasas: catalizan reacciones de hidrólisis (AB+H2O— AH+BOH)
• Liasas: catalizan reacciones de ruptura o formación de uniones químicas, con la formación o eliminación de dobles enlaces (AB—A+B)
• Ligasas: catalizan la unión de dos sustratos con hidrólisis simultánea de un nucleótido trifosfato: (A+B+XTP—AB+XDP+Pi)
• Isomerasas: catalizan la interconversión de isómeros (A—B)

Actividad Enzimática

Se define como la cantidad de enzima que cataliza la conversión de un μmol de sustrato por minuto. El sistema internacional de unidades ha definido a la unidad de actividad enzimática como la cantidad de enzima que se transforma en 1mol/s de sustrato, esta unidad se llama katal (kat). 1 katal= 60×10 a la 6 U.

Isoenzimas

Son diferentes formas moleculares de una misma enzima. Tienen secuencia de AA similares pero no idénticas, todas catalizan la misma reacción y tienen distintos: Km y Vmax, propiedades reguladoras, coenzimas, distribución. La más conocida es la LDH que cataliza la conversión reversible del piruvato a lactato

LDH

Es un tetrámero con dos posibles tipos de subunidades: M (muscular) y H (cardíaco), hay 5 tipos diferentes de isoenzimas: LDH1, LDH2 que se encuentran solo en el corazón y glóbulos rojos. LDH5 hígado y músculo esquelético, LDH3 y LDH4 otros órganos.

Vitaminas

Hidrosolubles

Vitamina B1 (Tiamina)

• Función: producción de energía en el metabolismo de los glúcidos, favorece al crecimiento, regula funciones nerviosas y cardíacas.
• Deficiencia: beriberi
• Fuentes: carne, cereales, hígado, corazón.
• Forma activa: pirofosfato de tiamina.
• Mecanismo de acción: catalizan la descarboxilación oxidativa de alfa-cetoácidos, también actúa como coenzima de transcetolasas, que son enzimas que catalizan la transferencia de grupos cetol.

Vitamina B2 (Riboflavina)

• Función: presente en las oxidaciones biológicas, participa en el transporte de O2 y en el mantenimiento de las membranas mucosas.
• Deficiencia: diarrea, dermatitis, lesiones en la piel.
• Fuentes: cereales, hígado, verduras, leche, lentejas.
• Forma activa: FMN y FAD
• Mecanismo de acción: es el precursor de las flavoproteínas FMN y FAD, implicadas en las reacciones de óxido-reducción. El FAD se obtiene a partir de la unión del fosfato terminal del FMN y el grupo amino de una lisina.

Vitamina B6 (Piridoxina)

• Función: coenzima de transferencia de grupos, fundamental en el metabolismo de aminoácidos, descarboxilación y deshidratación.
• Deficiencia: dermatitis, convulsiones, depresión, anemia.
• Fuentes: levaduras, carnes, cereales.
• Formas activas: piridoxal fosfato y piridoxamina fosfato.
• Mecanismo de acción: primero formación de una imina inicial, luego se produce la eliminación de un grupo cargado positivamente por rotura de un enlace debilitado en el carbono del aminoácido, que da lugar a una imina transicional, luego se produce la localización electrónica seguida de una protonación y para concluir se produce una hidrólisis en la cual se liberan los productos de reacción.

Vitamina PP, B3 (Niacina, ácido nicotínico)

• Función: intervienen en el metabolismo de los carbohidratos, mantenimiento de los organismos y formación de neurotransmisores.
• Deficiencia: pelagra
• Fuentes: harina, pan, almendras, arroz.
• Forma activa: NAD.

Vitamina B9 (Ácido fólico)

• Función: participan en la síntesis del ADN, previene la aparición de úlceras bucales, interviene en los procesos de división y multiplicación celular.
• Fuentes: naranjas, yema de huevo, nueces, legumbres, hígado.
• Forma activa: ácido tetrahidrofólico (FH4)
• Mecanismos de reacción: la coenzima de reacciones de transferencia de grupos de un carbono es FH4, compuesto derivado de ácido fólico en reacción catalizada por ácido fólico reductasa, que utiliza NADPH como donante de hidrógenos, los restos de monosacáridos que se transfieren en estas reacciones son metilos, hidroximetilos, formilos y formiatos.

Vitamina B12 (Cobalamina)

• Función: interviene en la síntesis de ADN, ARN. Necesario para la formación de nucleoproteínas, proteínas, glóbulos rojos, mantener la reserva energética y la movilización de grasas.
• Deficiencia: anemia perniciosa
• Fuentes: pescado, huevo, leche, riñones, queso, carne.
• Forma activa: metilcobalamina.
• Mecanismo de reacción: conversión de homocisteína en metionina, participan en ello coenzimas como metilcobalamina y metiltetrahidrofolato, este cede un metilo a la cobalamina y esta a su vez la transfiere a la homocisteína metiltransferasa. Además se produce la isomerización de L-metilmalonil-CoA a succinil-CoA.

Vitamina C (Ácido ascórbico)

• Función: produce colágeno y cicatrización de heridas, crecimiento y reparación de encías, vasos, huesos y dientes. El calor la destruye, con aire se oxida y pierde su actividad.
• Deficiencia: escorbuto.
• Fuentes: leche, verduras, carne, cereales, frutas.
• Forma activa: ácido ascórbico.
• Mecanismo de reacción: El ascorbato actúa como un antioxidante, al estar disponible para una oxidación energéticamente favorable. Muchos oxidantes como el radical hidroxilo, contienen un electrón no emparejado, y, así, son muy reactivos y perjudiciales para las personas y las plantas a nivel molecular. Esto se debe a su interacción con los ácidos nucleicos, proteínas y lípidos. Las especies de oxígeno reactivas se oxidan a partir del ascorbato, formando primero monodehidroascorbato y luego dehidroascorbato. Las especies de oxígeno reactivas son reducidas a agua, mientras que las formas oxidadas del ascorbato son relativamente estables y no reactivas, por lo que no causan daño celular.

Liposolubles

Vitamina A (Retinol)

• Función: ayuda a la formación y mantenimiento de dientes, tejidos blandos y óseos, de las membranas mucosas y de la piel. Participa en los procesos de la visión y en la elaboración de enzimas en el hígado y de hormonas sexuales y suprarrenales.
• Fuentes: yema de huevo, hígado, vegetales, frutas, leche.
• Deficiencia: sequedad en la piel y los ojos, trastornos de crecimiento, ceguera.
• Forma activa: retinol
• Mecanismo de acción: penetra al núcleo de las células y se une a la cromatina. Esto permite influir en la expresión de determinados genes.

Vitamina D (Calciferol)

• Función: mantenimiento de las concentraciones plasmáticas de calcio y fósforo.
• Forma activa: 1,25-(OH)2-D3 dihidroxicalciferol.
• Fuentes: leche, yema de huevo, hígado, cereales.
• Deficiencia: osteomalacia
• Mecanismo de acción: como tal no posee actividad biológica, pero transformada a su forma activa 1,25… se cree que la forma activa de la vitamina D induce a la formación de RNAm que es quien realiza la síntesis de proteínas fijadoras de calcio que constituyen su sistema de transporte.

Vitamina E (Tocoferol) = Forma activa

• Función: antioxidante, rompe la reacción en cadena en la que se genera hidroperóxido, además participa en la formación de glóbulos rojos, músculos, tejidos, y células sexuales masculinas.
• Fuente: grasas animales, leche, lechuga, hígado.
• Deficiencia: infertilidad, anemia.
• Mecanismo: consume dos radicales de peróxido para formar un producto no radical. Como antioxidante rompe en las reacciones de cadena que se atribuyen al sistema 6-hidrocromano.

Vitamina K (Antihemorrágica)

• Función: biosíntesis de factores de la coagulación, también realiza la carboxilación de la osteocalcina.
• Fuentes: hígado, verduras, legumbres, yema de huevo
• Deficiencia: hemorragias
• Forma activa: filoquinona (vegetales) y menaquinona (animales)
• Mecanismo: actúa como coenzima de una carboxilasa que determina la carboxilación de residuos de ácido glutámico, para formar el aminoácido, γ-carboxiglutámico, de esta manera se activa la protrombina.

Ácidos Nucleicos: Tipos de ARN

ARN Heterogéneo Nuclear (ARNhn)

ARN recién sintetizado por la ARN polimerasa en el proceso de transcripción. En células procariotas actúa como molde en la síntesis de proteínas, en el núcleo de las eucariotas actúa como precursor de los demás tipos de ARN que se encuentran en el citoplasma.

ARN Pequeño Nuclear (ARNsn)

Es pequeño, está implicado en los procesos de maduración del ARNhn, en este proceso el ARNsn se asocia a proteínas formando ribonucleoproteínas pequeñas nucleares que se encargan de eliminar los intrones (fragmentos del transcrito primario de ARN que no aparecen en el molde del ARN mensajero).

ARN de Transferencia (ARNt)

Intervienen en la síntesis de proteínas ya que van unidos a un aminoácido. Transporta aminoácidos libres desde el citosol hasta el lugar de ensamble, actúa como molécula adaptadora que asegura que la ubicación de cada aminoácido en el sitio correspondiente.

ARN Ribosómico (ARNr)

Presente en los ribosomas, existen 3 o 4 tipos de este ARN, su estructura secundaria y terciaria presenta un plegamiento complejo que le permite asociarse tanto a las proteínas integrantes de los ribosomas como a otros ARNr.

ARN Mensajero (ARNm)

Se sintetiza sobre un molde de ADN y sirve de pauta para la síntesis de proteínas (traducción). Contiene nucleótidos A, U, G y C, el ARNm, contiene codificada la secuencia de una proteína y señales para la iniciación y terminación de la síntesis. En eucariotas este ARN maduro además de codones de iniciación y terminación presenta en su extremo 5′ presenta una estructura llamada capucha y en el 3′ una cadena de poliA de longitud variable.

ARN Vírico

Constituye el patrimonio genético de ciertos virus como el del SIDA, su material genético es el ARN.