Transporte a Través de la Membrana Celular

La membrana celular regula el paso de sustancias. El transporte puede ser:

• Uniporte: Transporte de una sola sustancia.
• Contraporte: Transporte simultáneo de dos sustancias en direcciones opuestas.

Según el requerimiento energético:

• Sin energía (pasivo): A favor del gradiente.
• Con energía (activo): Contra el gradiente.

Mecanismos de Transporte Pasivo

• Difusión simple: Moléculas pequeñas atraviesan la membrana directamente.
• Difusión facilitada: Se utilizan proteínas transportadoras.

Mecanismos de Transporte Activo

• Bombas iónicas: Como la bomba Na+/K+ (sodio-potasio), crucial para el mantenimiento del potencial de membrana.
• Transporte basado en gradientes electroquímicos.
• Translocación de grupos.

Transporte de Macromoléculas

• Exocitosis: Liberación de sustancias (creadas por la célula o desechos) al exterior en vesículas.
• Endocitosis: Entrada de sustancias al interior de la célula.

Tipos de Endocitosis

• Fagocitosis: Ingestión de moléculas grandes dentro de vesículas.
• Pinocitosis: Entrada inespecífica de fluidos y solutos.

Comunicación y Señalización Celular

La comunicación entre células es esencial para la formación de tejidos. En bacterias, se observa la quimiotaxis. En organismos pluricelulares, se da la transducción de señales.

Tipos de Señalización según la Localización de la Célula Diana

• Sistema paracrino: La célula diana está cerca de la célula señalizadora.
• Sistema endocrino: La célula diana está lejos de la célula señalizadora (hormonas).
• Sistema autocrino: La célula diana es la misma célula señalizadora.
• Sistema neuronal: Comunicación a través de neuronas y sinapsis.

Etapas de la Señalización Celular

1. Recepción de la señal: Un ligando se une a un receptor en la célula diana.
2. Transducción: La señal extracelular se convierte en una señal intracelular.
3. Respuesta celular: La célula responde a la señal.

Un receptor reconoce moléculas específicas, transmite la señal y la transforma en una respuesta.

Sistema Nervioso

El sistema nervioso recibe estímulos y procesa respuestas motoras. Se divide en:

• Sistema Nervioso Central (SNC): Encéfalo y médula espinal.
• Sistema Nervioso Periférico (SNP): Vías sensoriales y motoras, constituido por neuronas.

Sistema Inmune

El sistema inmune defiende al organismo contra patógenos.

Barreras Físico-Químicas

• Físicas: Piel y mucosas.
• Químicas: pH ácido, enzimas.

Sistema Inmune Innato

• Células fagocíticas: Fagocitan antígenos y los destruyen mediante lisosomas.
• Células Killer (NK): Destruyen células infectadas sin fagocitarlas.

Sistema Inmune Adaptativo

Constituido por anticuerpos. La unión antígeno-anticuerpo es destruida por macrófagos.

Otros componentes:

• Linfocitos T (LT): Producidos en la médula ósea y maduran en el timo. Pueden ser citotóxicos o colaboradores.
• Linfocitos B (LB): Producidos en la médula ósea y maduran en el bazo.

Metabolismo

El metabolismo es el conjunto de reacciones químicas mediante las cuales se sintetizan compuestos fundamentales y se obtiene energía. Está regido por las leyes de la termodinámica:

1. La energía total del universo permanece constante.
2. La entropía (desorden) del universo siempre aumenta.

Tipos de Reacciones Metabólicas

• Catabolismo: Degradación de moléculas complejas a moléculas más simples, liberando energía.
• Anabolismo: Síntesis de moléculas complejas a partir de moléculas más simples, requiriendo energía.

Rutas Metabólicas

Las rutas metabólicas pueden ser:

• Convergentes
• Divergentes
• Cíclicas
• Anfibólicas (participan en catabolismo y anabolismo)
• Anapleróticas (reponen intermediarios de rutas metabólicas)

La eficiencia de las reacciones se aumenta mediante reacciones en cascada o isoenzimas.

El ATP (adenosín trifosfato) es un componente fundamental del metabolismo. Posee tres grupos fosfato unidos por enlaces de alta energía.

Funciones del ATP

• Trabajo mecánico: Contracción y relajación muscular.
• Transporte: Bomba Na+/K+.
• Trabajo químico: Síntesis de moléculas.

Catabolismo

Fases del Catabolismo

1. Digestión: Degradación de nutrientes hasta liberar sus componentes.
2. Degradación: Obtención de piruvato a partir de la degradación de glucosa (glucólisis), con producción de ATP.
3. Incorporación de acetil-CoA al ciclo de Krebs: Se recuperan intermediarios metabólicos.

Degradación de Azúcares

Obtención de monosacáridos.

1. Glucólisis: Transformación de un azúcar en piruvato para obtener energía. Ocurre en el citosol. Es una fosforilación a nivel de sustrato. Se gastan 2 ATP y se crean 4 ATP (ganancia neta de 2 ATP).
2. Respiración celular (aerobia):
   • A) Descarboxilación oxidativa: Ocurre en la matriz mitocondrial. Consta de tres etapas: descarboxilación catalizada, oxidación y unión del grupo acilo mediante un enlace tioéster.
   • B) Ciclo de Krebs: Ocurre en la matriz mitocondrial. Etapas clave:
     • Acetil-CoA se une al oxalacetato para formar ácido cítrico.
     • El ácido cítrico se cataliza a isocitrato.
     • Una enzima deshidrogenasa transforma el isocitrato en α-cetoglutárico.
     • Otra enzima transforma el α-cetoglutárico en succinil-CoA.
     • Rotura del enlace tioéster y síntesis de GTP.
     • Reducción de FAD a FADH2.
     • Hidratación del ácido fumárico para formar ácido málico.
     • Oxidación del ácido málico para formar ácido oxalacético.
   • C) Fosforilación oxidativa: Ocurre en la membrana mitocondrial interna. Implica reacciones redox.

Respiración Anaerobia

Los coenzimas ceden electrones a una cadena de transporte de electrones. Las proteínas aceptan y ceden electrones, oxidándose y reduciéndose sucesivamente. El aceptor final de electrones *no* es el O2.

Fermentaciones

Similar a la respiración aeróbica en la fase de glucólisis. Si la concentración de O2 no es suficiente, se produce la fermentación. Es un tipo de catabolismo anaeróbico en el que el aceptor final de electrones es una molécula orgánica. Se realiza en el citoplasma.

Vía de las Pentosas Fosfato

Ocurre en el citosol. La glucosa se oxida para obtener NADPH. Tiene carácter cíclico. Proporciona dos precursores importantes para el metabolismo. Es muy activa en procesos de síntesis, especialmente en células que realizan biosíntesis.

Degradación de Lípidos

Obtención de ácidos grasos.

Pasos: Fosfolípidos y triacilglicéridos se convierten en monoacilglicéridos y ácidos grasos. Este proceso ocurre en el estómago, intestino y sangre (viajando unidos a lipoproteínas) hasta llegar a los órganos.

Etapas

1. Lipólisis: En la boca, la lipasa degrada los lípidos y forma el bolo alimenticio. Este es tratado por sales biliares (producidas en el hígado) y enzimas del páncreas.
2. β-oxidación de ácidos grasos: Ocurre en la matriz mitocondrial. Los grupos acilo se unen a CoA, se introducen en la mitocondria y se unen al ciclo de Krebs.
3. Acetil-CoA: Cuando su concentración es elevada, se forman cuerpos cetónicos en el hígado.

Degradación de Proteínas

Obtención de aminoácidos. Existe inestabilidad al almacenar aminoácidos. Las proteínas tienen principalmente función estructural y solo se utilizan como fuente de energía en casos de emergencia. Ocurre en los cloroplastos.

Reacciones

1. Transaminación: Transferencia de un grupo amino a un cetoácido.
2. Desaminación oxidativa: El glutamato se une a NADP+ y se oxida, formando α-cetoglutárico y amoniaco.

Anabolismo

El anabolismo de azúcares, lípidos y proteínas requiere un aporte energético a partir de la hidrólisis de ATP.

Anabolismo de Azúcares

1. Gluconeogénesis: Ocurre después de la ingestión de alimentos. Es un proceso anabólico que consiste en la síntesis de glucosa a partir de piruvato y de glucógeno a partir de glucosa, utilizando moléculas procedentes de otras rutas metabólicas. Se lleva a cabo principalmente en el hígado y el riñón.
2. Ciclo de Cori: Relación entre el músculo y el hígado. Representa la circulación cíclica de glucosa y lactato entre ambos órganos.

Anabolismo de Ácidos Grasos

Se sintetizan a partir de acetil-CoA, que se unen mediante etapas enzimáticas originando ácidos grasos. Este proceso ocurre fuera de la mitocondria.

Anabolismo de Proteínas

Los aminoácidos se obtienen por transaminación, donde un grupo amino se transfiere a un cetoácido. Este proceso es similar en el catabolismo y el anabolismo. La biosíntesis de aminoácidos implica la transaminación. La fijación atmosférica de nitrógeno (N2) es un proceso difícil, ya que para romper el triple enlace del N2 se necesita la enzima nitrogenasa, que utiliza como cofactores Fe y Mo.