Fundamentos de Biología Celular y Molecular

Tipos de Células

Célula Eucariota y Procariota. La célula es la unidad morfológica de todo ser vivo, formada por núcleo, citoplasma y una membrana que la rodea. Su función es albergar los orgánulos celulares y contribuir al movimiento.

Eucariota: Posee membrana celular. La célula procariota no la tiene.

Biomoléculas

BIOMOLÉCULAS: Se clasifican en tres grupos: Bioelementos primarios, secundarios y oligoelementos.

Bioelementos Primarios

Bioelementos Primarios: CHON (Carbono, Hidrógeno, Oxígeno, Nitrógeno). Son los más abundantes debido a que son los más pequeños y forman enlaces covalentes.

Bioelementos Secundarios

Bioelementos Secundarios: Calcio, potasio, sodio, fósforo, azufre, cloro, magnesio y hierro. Son menos abundantes y constituyen el 0.7% del total de los átomos del organismo.

Oligoelementos

Oligoelementos: Mn, I, Co, Cu, Zn, F, Mo, S. Son el grupo más numeroso. No son esenciales, pero su ausencia provoca la aparición de enfermedades.

Funciones de los Bioelementos

Funciones:

• Plástica o estructural: Forman parte del hueso y estructuras fibrosas.
• Catalítica: Por ejemplo, el hierro participa en el transporte de electrones.
• Osmótica: (Sodio, potasio, cloro) Intervienen en los procesos de distribución y transporte de agua.

Biomoléculas Inorgánicas: Fosfato, Bicarbonato, Nitrato.

Biomoléculas Orgánicas: Ácidos Nucleicos, Carbohidratos, Proteínas, metabolitos intermediarios (piruvato, ácido aspártico y urea).

Composición Celular: Agua (75%), Proteínas (15%), Azúcares (2%), Lípidos (3%), ARN (2%), ADN (0.5%), Metabolitos Intermediarios (1.5%), Sales (1%).

Funciones en procesos biológicos: Elevada calor de evaporización, elevada cohesión, elevada tensión superficial.

Tipos de Soluciones

Tipos de soluciones: Moleculares (azúcares y proteínas) e iónicas.

Las biomoléculas que dan lugar a coloides son: proteínas, monosacáridos, azúcares y ácido nucleico.

Los electrolitos son el tipo de moléculas que se disocian, y se clasifican en electrolitos fuertes y débiles.

Agua pura: PH 7%. PH Fisiológico: 6.5 – 8%.

Tampones, Amortiguadores o Buffers

Tampones, amortiguadores o buffers: Son las disoluciones que contienen la forma disociada y no disociada de un ácido o base débil. Al mezclar, obtenemos una base débil con una base fuerte. Ejemplo: Sales de fosfato.

El bicarbonato y las proteínas, abundantes en sangre, piel y en la respiración, la hemoglobina destaca como amortiguador entre proteínas.

Enlaces Peptídicos y las Proteínas

ENLACES PEPTÍDICOS Y LAS PROTEÍNAS

Proteínas

Proteínas: Son las moléculas más abundantes en los sistemas de los seres vivos y son funcionales. Las hormonas son proteínas que regulan y dirigen el metabolismo.

Funciones:

• Construcción Muscular
• Constituyen Tejidos
• Regeneran el cuerpo

A nivel del torrente sanguíneo, la hemoglobina, inmunoglobulina y albúmina plasmática luchan contra virus y bacterias.

La unidad estructural de las proteínas son los aminoácidos.

El grupo amino está unido al carbono alfa y el carbono contiguo al grupo carboxilo, y al carbono alfa también se le une H y una cadena lateral R. 20 AA participan en la síntesis de proteínas.

Los AA se ionizan en solución acuosa para funcionar como ácido. Los AA se presentan en 2 formas isoméricas, especulares y no polímeros. Los AA de la serie L participan en el metabolismo celular y en la formación de paredes celulares bacterianas.

Aminoácidos Esenciales

20 aminoácidos especiales:

Clasificación de Aminoácidos

Ácidos Básicos: Cadenas laterales alifáticas, el grupo R se extiende más y se hace hidrófobo. Los AA hidrófobos se encuentran en el interior de la célula (glicina, alanina, leucina y valina).

Aminoácidos Aromáticos: Cadena lateral aromática (fenilalanina y tirosina).

Aminoácidos Básicos: PH cercano al neutro, muy polares (histidina, glicina, actidina).

Enlaces Peptídicos

Enlaces peptídicos: La unión entre el grupo Alfa Carboxilo de un AA con el grupo alfa amino de otro con la liberación de una molécula de agua.

Oligopéptidos

Oligopéptidos: Cadenas con pocos AA. Péptidos: 2 AA. Tripéptidos: 3 AA. Amino terminal: grupo amino que no reacciona en un extremo. Carboxilo Terminal: Grupo carboxilo sin reaccionar en el otro extremo.

Actividad Biológica de los Péptidos

ACTIVIDAD BIOLÓGICA DE PÉPTIDOS.

Péptidos vasoactivos: Angiotensina II, Bradicinina.

Hormonas: Inactidina, Glucagón, Gastrina, Secretina.

Neurotransmisores: Encefalina y sustancia P. Hormona 153 AA.

Funciones de las Proteínas

FUNCIONES DE LAS PROTEÍNAS

• Componente estructural: Colágeno.
• Hormonas: Insulina.
• Constituyen tejidos, producción hormonal, construcción muscular y regeneración del cuerpo.
• Catalizador de reacciones químicas.
• Contracción molecular: Actina y Miosina.

Transporte de Hemoglobina

TRANSPORTE DE HEMOGLOBINA

Punto de vista químico: Se clasifican en proteínas simples y conjugadas (hemoglobina). Grupo prostético: Azúcar, lípido, ácido nucleico. La proteína conjugada se le llama apoloproteínas y no es funcional. La proteína unida al grupo prostético si es funcional se le denomina haloproteínas.

Punto de vista molecular: Proteínas globulares, esféricas y compactas (Hemoglobina y Mioglobina).

Las fibrosas son alargadas, con función estructural, ubicadas en piel, cabello, tejido conjuntivo (Queratina, Elastina, Colágeno, Fibroína).

Niveles de Estructura de las Proteínas

Niveles de proteínas: Estructura primaria, secundaria, terciaria (ejemplo: ET, mioglobina) y cuaternaria (Hemoglobina). Principal proteína fibrosa: Colágeno y elastina.

El esqueleto se ordena en forma de zig-zag, la fibronectina.

Tipos de enlaces de la estructura terciaria: Puentes de H, Puentes eléctricos, Puentes disulfuro, Interacciones de Van der Waals.

2 tipos de estructura cuaternaria: Homotípicas y heterotípicas.

Propiedades de las Proteínas

PROPIEDADES DE LAS PROTEÍNAS

La desnaturalización provoca los siguientes efectos:

• Cambios en las propiedades hidrodinámicas.
• Disminución drástica en su solubilidad.
• Pérdida de su propiedad biológica.

Agentes de Desnaturalización

AGENTES DE DESNATURALIZACIÓN:

• Agentes físicos (Calor)
• Agentes químicos (Detergentes, disolventes orgánicos, fuerza iónica, PH)

La desnaturalización es reversible en algunos casos, con cambios en: la polaridad del disolvente, fuerza iónica, PH, temperatura.

Los AA atraviesan membranas mediante los siguientes mecanismos:

1. Transporte activo secundario
2. Difusión facilitada

Diferentes vías metabólicas:

1. Utilización en la síntesis de nuevas proteínas
2. Transformación en compuestos no proteicos
3. Degradación con fines energéticos

Metabolismo de Aminoácidos

METABOLISMO AA

Anabolismo

Anabolismo

Catabolismo

Catabolismo: RX TRANSAMINACIÓN: El grupo amino no se elimina, sino que se transfiere a un alfa-cetoácido.

RX DESAMINACIÓN: El grupo amino glutamato puede ser separado por desaminación oxidativa catalizado por la enzima glutamato. La glutamato deshidrogenasa se encuentra en la matriz mitocondrial.

Biosíntesis de Aminoácidos

BIOSÍNTESIS DE AMINOÁCIDOS: No pueden ser producidos, pero sí pueden biosintetizarse. El alfa cetoácido por transaminación.

Biosíntesis de Aminas

BIOSÍNTESIS DE AMINAS: Formadas por descarboxilación (Histamina, Ácido Amino Butírico (GABA), catecolaminas (dopamina, noradrenalina, adrenalina)).

Hormona tiroidea—melatonina: regula el reloj biológico. Serotonina: SNC. Creatina: producto de desecho en la sangre.

Histamina: Se produce por la carboxilación de histidina. Tiene acción vasodilatadora, disminuye la presión arterial, estimula la pepsina en el estómago y se libera en procesos alérgicos.

GABA o ácido amino: Se forma por la descarboxilación de ácido glutámico, intermediario químico que regula la actividad neuronal y se encarga de bloquear el impulso nervioso.

Catecolaminas: Se producen a nivel del SN y médula adrenal, son neurotransmisores de vital importancia en nuestro organismo, derivan de la Tirosina.

Acción de las catecolaminas: Son vasos constrictores y dilatadores, aumentan la frecuencia cardíaca, relajan el músculo bronquial, estimulan la glucogenólisis en el músculo y la glucólisis en tejido adiposo. Son rápidamente degradadas y eliminadas en el organismo.

Perfil Calórico

Perfil Calórico: Se define como el aporte energético. Perfil calórico recomendado: 10-15% proteínas, 30-35% lípidos, 55% hidratos de carbono.

Clasificación Funcional de los Lípidos

• Lípidos de almacenamiento
• Lípidos estructurales de la membrana
• Regulación de la función celular
• Precursores de sales biliares, hormonas y vitaminas liposolubles

Clasificación Estructural de los Lípidos

• Lípidos simples (acilgliceroles, cera): Compuesto por glicerol + 2AG
• Lípidos compuestos (Glicerofosfolípidos, Esfingolípidos): Compuesto por glicerol + 2 AG esfingosina
• Lípidos derivados (Colesterol, Sales Biliares, Hormonas, Vitaminas liposolubles): Compuesto por moléculas derivadas AG
• Lípidos complejos (Glicolípidos, lipoproteínas): Compuesto por lípidos y proteínas

Ácidos Grasos

ÁCIDOS GRASOS

Son ácidos carboxílicos con cadenas de hidrocarburos entre 4 a 36 C.

Hay dos tipos: saturados (no tienen dobles enlaces) e insaturados (sí tienen dobles enlaces).

Propiedades físicas: solubilidad en agua, punto de fusión.

AG esenciales: linoleico, linolénico, araquidónico.

Efectos Biológicos de los Eicosanoides

• Prostaglandina: Estimulación de músculo liso, intestino y útero. Regula la producción de esteroides, inhibe la secreción gástrica, sensibilidad al dolor.
• Tromboxanos: Regula la función plaquetaria.
• Leucotrienos: A nivel de músculo liso, intestino, vía pulmonar y tracto, mediadores de anafilaxis.

Glándulas salivales: Produce salivación abundante, favorece la glucogenólisis, produce amilasa.

Ácidos Grasos Omega 3

Ácidos grasos:

Omega 3: Son beneficiosos para el colon y tienen acción antiinflamatoria, acción anticoagulante, disminución de los niveles de colesterol y triglicéridos, reducción de la presión sanguínea. Se encuentran en el pescado como atún, salmón, aceite de canola y linaza.

Reacciones de los Ácidos Grasos

RX de AG: Esterificación, Hidrólisis, Ácido Base.

Triglicéridos

Triglicéridos: Son tres veces de glicerol y ácidos grasos, función reserva de energía de las grasas y aceites.

Triacilglicerol: Son adipocitos que son las células animales donde se almacena la grasa corporal, importante por la producción de energía, producción de calor y aislamiento.

Lípidos anfipáticos: Glicerofosfolípidos, colesterol y esfingolípidos.

Esfingolípidos: No poseen glicerol, están formados por una amina, alcohol es esfingosina.

Esteroides

ESTERIOIDES: Principal colesterol sintetizada por células de origen animal, es un regulador fisiológico de la fluidez.

Esferoles: Alcoholes y esteroides (colesterol y calciferol).

• Sales biliares
• Hormonas corticales: Glucocorticoides y Mineralocorticoides.
• Hormonas sexuales: Estrógeno, Andrógeno y Gestágenos.

Estrógeno: Primera mitad del ciclo sexual femenino.

Andrógenos: Hormona sexual masculina, la testosterona.

Importancia Clínica del Colesterol

¿Importancia clínica del colesterol?

Es poco soluble, se asocia con el bloqueo de arterias, aumenta la presión arterial, formación de coágulos, infarto, miocardio.

Calcio + vitamina D: Mejora la absorción de calcio.

Deficiencia vitamina D: Raquitismo.

Sales biliares: Son abundantes en el hígado y actúan como agentes emulsionantes.

Vitamina A: Retinoide, presente en la zanahoria, déficit: ceguera nocturna.

Vitamina E: Tocoferoles, agente antioxidante.

Vitamina K: Naftoquinonas.

Lípidos Complejos

Lípidos complejos

Las lipoproteínas: Quilomicrones, VLDL, LDL, HDL.

• VLDL: Une los triglicéridos e hígado y los transporta al tejido graso.
• LDL: Lleva colesterol a tejidos periféricos.
• HDL: Llamado colesterol bueno, une el colesterol plasmático y transporta al hígado.

Los monogliceroles y ácidos grasos: Son absorbidos en el intestino y transportados como quilomicrones.

Hidratos de Carbono

HIDRATOS DE CARBONO

Están formados por aldehídos o cetonas, dos o más grupos hidroxilos, son la mayor fuente de energía.

Funciones de los Hidratos de Carbono

• Fuente de energía (glucosa)
• Almacenamiento de energía (glucógeno y almidón)
• Fuente de carbón, función estructural, reconocimiento y señalización, anticongelantes, anticoaguladores

Clasificación de los Hidratos de Carbono

• Número de unidades de azúcar
• Número de átomos de carbono
• Posición del grupo carbonilo
• Estereoquímica

Número de unidades de azúcar: Monosacáridos, oligosacáridos y polisacáridos.

Monosacáridos

Monosacáridos: Son azúcares más sencillos, cristalinos, incoloros, dulces e insolubles en solventes no polares.

Si el grupo carbonilo está al final de la cadena se forma una ALDOSA: GRUPO CARBONILO AL FINAL DE LA CADENA.

Si está en cualquier otra posición es una CETOSA

DEXTROSA: Más abundante en monosacáridos.

Oligosacáridos

CARBOHIDRATOS DE CARBONO: Son polímeros cortos formados por varios unidos por medio de enlaces glucosídicos.

Funciones Oligosacáridos: Células marcadas por su superficie, permite interactuar con otras células y moléculas, deben estar unidas a proteínas de manera específica, lectinas.

Disacáridos más abundantes: Maltosa, trehalosa, sacarosa, isomaltosa, celobiosa y lactosa.

Polisacáridos

Polisacáridos: Son polímeros de monosacáridos fusionados por enlaces glucosídicos.

Según la unidad de monosacáridos: Homopolisacáridos (almidón, glucógeno, celulosa y quitina) y heteropolisacáridos (glucosaminoglucanos).

Polisacáridos de Reserva

Polisacáridos de reserva: Polímeros que sintetizan, almacenan y posteriormente degradan.

Los principales son: amilasa, almidón y glucógeno.

Glucógeno: Almacenamiento en animales, almacenado en hígado y músculo, posee muchos extremos reductores.

Polisacáridos Estructurales

Polisacáridos estructurales: La celulosa, la quitina y la glucosaminoglucano.

Celulosa: Se encuentra en las plantas leñosas y es un polímero muy abundante.

Glicoproteínas y Glicolípidos

Glicoproteínas: Glucosa conjugada de proteínas y carbohidratos, son parte de la superficie celular, proteínas secretadas, proteínas extracelulares. Tipos: estructurales, enzimáticas, hormonal, inmunitaria y transportadora.

Glicolípidos: Blanco principal de anticuerpos secretados por el sistema inmune en respuesta a la infección bacteriana.

Glucólisis

Glucólisis: Vía metabólica encargada de oxidar la glucosa con el fin de obtener energía. Formada por dos fases: fase de activación y fase de producción.

Enfermedades del Colágeno

Enfermedades de colágeno: Síndrome de Ehlers, osteogénesis imperfecta, síndrome de Marfan.