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Este documento aborda los procesos fundamentales del transporte y metabolismo celular, centrándose en el tráfico de moléculas a través de la membrana, la comunicación celular, la obtención de energía a través de la respiración celular y el ciclo de krebs. Se explica cómo las células captan, almacenan y utilizan la energía química de los nutrientes, como la glucosa, para generar atp, la 'moneda energética' de la célula. Se detallan los pasos clave de la glucólisis, el ciclo de krebs y la fosforilación oxidativa, resaltando su importancia en el metabolismo energético celular. El documento también aborda conceptos como el transporte selectivo, la comunicación celular y la estructura y función de las mitocondrias. Con una descripción detallada y un enfoque en los procesos fundamentales, este documento proporciona una visión integral del transporte y metabolismo celular, elementos esenciales para comprender el funcionamiento y la homeostasis de las células.
Tipo: Ejercicios
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Trabajo practico nº
de ser menos permeable a sustancias solubles con agua, como iones o monosacáridos. Proteínas : las proteínas de la membrana pueden clasificarse en: receptoras, de reconocimiento, enzimáticas, de unión y de transporte. Las proteínas receptoras están repartidas en la membrana plasmática, su función es responder a los mensajes enviados por otras células, dando respuestas muy variadas, participan en la comunicación y señalización celular. Las proteínas de reconocimiento son glucoproteínas que sirven como etiquetas de identificación. Las proteínas enzimáticas catalizan las reacciones químicas que sintetizan o degradan moléculas biológicas, muchas enzimas están situadas en el citoplasma, algunas se extienden a la membrana celular y otras están unidas a la superficie de las membranas. Las enzimas de la membrana plasmática incluyen a las que sintetizan proteínas y carbohidratos de la matriz extracelular. Las proteínas de unión pueden presentarse de diversas maneras, pueden extenderse por la membrana plasmática y sostener el citoesqueleto dentro de la célula, con la matriz extra celular fuera, de modo que la célula conserve su lugar en un tejido. Otras mantienen la forma de la célula al enlazar la membrana plasmática al citoesqueleto y otras adhieren a la célula y la mueven por las superficies. Las proteínas de transporte que regulan el movimiento de las moléculas hidrofílicas por la membrana plasmática, estas se dividen en proteínas de canal , que forman canales por cuyos poros centrales las moléculas de agua o iones específicos atraviesan la membrana siguiendo el gradiente de concentración y otras llamadas proteínas portadoras , que tiene lugar de enlace en los que se unen temporalmente a las moléculas en un lado de la membrana, estas proteínas cambian de forma, pasan por la molécula por la membrana y la depositan del otro lado. 2) Tras analizar la figura 1 en la que se representa la membrana plasmática de una célula animal (pág. 36; Curtis et al., 2008), explica: a) Se pueden ver a los fosfolípidos formando una bicapa ¿Cuáles son las propiedades de estos componentes que les permite adoptar dicha conformación? Las propiedades son las siguientes: Cabezas hidrofílicas y colas hidrofóbicas : Los fosfolípidos consisten en una cabeza polar hidrofílica (que es atraída por el agua) y dos colas no polares hidrofóbicas (que repelen el agua). Esta estructura anfipática es clave para la formación de la bicapa. En presencia de agua, las cabezas hidrofílicas tienden a orientarse hacia el medio acuoso (interno y externo de la célula), mientras que las colas hidrofóbicas se agrupan hacia el interior de la bicapa, alejándose del agua. Autoensamblaje : Debido a la naturaleza anfipática de los fosfolípidos, las moléculas de fosfolípidos tienden a autoensamblarse en una estructura de bicapa cuando se colocan en un ambiente acuoso. Este autoensamblaje es impulsado por la tendencia de las colas hidrofóbicas a evitar el agua y las cabezas hidrofílicas a interactuar con ella.
estabilidad estructural a la membrana celular al separar los ambientes acuosos internos y externos de la célula. Además, la bicapa es flexible y puede
funciones principales son modificar, clasificar y empaquetar las proteínas producidas en el retículo endoplasmático rugoso. Lisosomas : son orgánulos celulares que contienen enzimas digestivas especializadas, conocidas como hidrolasas, que son capaces de descomponer una variedad de moléculas biológicas. Cumplen funciones esenciales en el mantenimiento de la homeostasis celular, la eliminación de desechos y la defensa contra patógenos, contribuyendo al funcionamiento adecuado de las células en organismos multicelulares.
Vesículas fagocíticas (fagosomas) : Una vez que las partículas son capturadas por los pseudópodos, se forma una vesícula de membrana llamada fagosoma que contiene las partículas en su interior. El fagosoma es un compartimento intracelular temporal que lleva las partículas al interior de la célula. Lisosomas : Los lisosomas son orgánulos celulares que contienen enzimas digestivas. En el proceso de fagocitosis, los lisosomas se fusionan con los fagosomas, formando un compartimento llamado fagolisosoma. Esta fusión permite la digestión y degradación de las partículas fagocitadas por el macrófago. Enzimas digestivas : Dentro del fagolisosoma, las enzimas digestivas liberadas por los lisosomas descomponen las partículas fagocitadas en moléculas más pequeñas, que pueden ser utilizadas por la célula para obtener nutrientes o eliminadas como desechos. 5) Luego de leer el Capítulo 4 “Metabolismo y energía” (Curtis et al., 2008) explica a qué se denomina metabolismo y cuál es la diferencia entre catabolismo y anabolismo. El metabolismo es el conjunto de todas las reacciones químicas que ocurren en el interior de una célula u organismo para mantener la vida. Estas reacciones químicas están destinadas a obtener energía a partir de nutrientes, así como a utilizar esa energía para sintetizar y descomponer moléculas necesarias para el crecimiento, mantenimiento y funcionamiento celular. Catabolismo : Este proceso implica descomponer moléculas grandes y complejas en moléculas más pequeñas y simples. Durante esta descomposición, se libera energía que la célula puede utilizar para diversas actividades. Anabolismo: Por otro lado, el anabolismo es el proceso opuesto. Aquí, la célula utiliza la energía (como la que se almacena en el ATP) para construir moléculas grandes y complejas a partir de moléculas más simples. En resumen, el catabolismo implica descomponer y liberar energía, mientras que el anabolismo implica construir y consumir energía para crear moléculas más grandes y complejas. Ambos procesos son fundamentales para mantener el equilibrio y las funciones vitales en las células y en el cuerpo. 6) El ATP suele considerarse como “la moneda energética de la célula”, dado que actúa como la fuente inmediata de energía que impulsa el trabajo celular ¿Cómo se almacena la energía en esta molécula? ¿Cuál es la importancia de la hidrólisis del ATP? El ATP está compuesto por una molécula de adenosina (adenina unida a ribosa) y tres grupos fosfato. La energía se almacena en los enlaces entre estos grupos fosfato, especialmente en el último enlace entre el segundo y tercer grupo fosfato (llamado enlace de alta energía). La ruptura de este enlace libera una cantidad significativa de energía que la célula puede utilizar para realizar trabajo biológico. La hidrólisis del ATP es el proceso mediante el cual se rompe el enlace de alta energía entre el segundo y tercer grupo fosfato, liberando energía. Este proceso se cataliza mediante la enzima ATPasa. La fórmula de hidrólisis del ATP es la siguiente:ATP + agua → ADP (adenosín difosfato) + fosfato + energía liberadaLa energía liberada durante la hidrólisis del ATP se utiliza para llevar a cabo una variedad de actividades
celulares, incluyendo el transporte activo de moléculas a través de membranas, la síntesis de macromoléculas como proteínas y ácidos nucleicos, la contracción muscular, la transmisión nerviosa y muchas otras funciones celulares esenciales. La importancia de la hidrólisis del ATP radica en que proporciona una fuente inmediata de energía utilizable por la célula para realizar trabajo biológico. Este proceso es esencial para mantener la actividad celular y la homeostasis en organismos vivos, donde el ATP actúa como un vehículo crucial para la transferencia de energía química.
c) ¿En qué parte de la mitocondria se desarrolla el Ciclo de Krebs y cómo se relaciona esta vía metabólica con la anterior? El Ciclo de Krebs se desarrolla en la matriz mitocondrial. La relación entre la glucólisis y el ciclo de Krebs es fundamental en el metabolismo celular: Glucólisis : La glucólisis es la vía metabólica inicial en la degradación de la glucosa. Durante la glucólisis, una molécula de glucosa se descompone en dos moléculas de piruvato en el citoplasma de la célula. Esta conversión de glucosa a piruvato genera un pequeño número de moléculas de ATP y NADH. Entrada al ciclo de Krebs : El piruvato producido en la glucólisis entra en la matriz mitocondrial, donde se convierte en acetil-CoA en una serie de reacciones enzimáticas. El acetil-CoA luego entra en el ciclo de Krebs para su oxidación. Ciclo de Krebs : En el ciclo de Krebs, el acetil-CoA reacciona con oxalacetato para formar citrato, dando inicio al ciclo. A través de una serie de reacciones, el ciclo de Krebs genera NADH y FADH2, que son portadores de electrones utilizados en la cadena respiratoria para la síntesis de ATP. Generación de ATP : Además de producir NADH y FADH2, el ciclo de Krebs también genera GTP (que se convierte en ATP) y liberaciones de CO2 como subproducto. d) ¿Cuáles son los productos del ciclo de Krebs y por qué se lo considera la vía central del metabolismo energético de la célula? Los principales productos y funciones del ciclo de Krebs son: NADH y FADH2 : Durante el ciclo de Krebs, se generan varias moléculas de NADH (nicotinamida adenina dinucleótido reducido) y FADH2 (flavín adenina dinucleótido reducido). Estas son moléculas portadoras de electrones que transportan electrones de alta energía hacia la cadena de transporte de electrones en la membrana interna de la mitocondria. La transferencia de electrones a través de la cadena respiratoria genera un gradiente de protones que impulsa la síntesis de ATP durante la fosforilación oxidativa. ATP/GTP : El ciclo de Krebs también produce una molécula de GTP (guanosín trifosfato), que puede convertirse en ATP (adenosín trifosfato) para proporcionar energía química utilizable por la célula. Además, el ciclo de Krebs contribuye indirectamente a la síntesis de ATP a través de la fosforilación oxidativa. CO2 : Una de las reacciones clave del ciclo de Krebs es la descarboxilación oxidativa, que resulta en la liberación de dióxido de carbono (CO2) como subproducto. Esta liberación de CO2 es importante para eliminar grupos carbonilo y mantener el equilibrio ácido-base en la célula. Intermediarios metabólicos : El ciclo de Krebs genera varios intermediarios metabólicos importantes, como el oxalacetato, el citrato, el succinato y el malato, que pueden utilizarse como sustratos para la biosíntesis de otros compuestos celulares, incluyendo aminoácidos, ácidos grasos y nucleótidos. El ciclo de Krebs se considera la vía central del metabolismo energético de la célula por varias razones:
Conexión con otras vías metabólicas : El ciclo de Krebs está interconectado con muchas otras vías metabólicas, como la glucólisis, la beta oxidación de ácidos grasos y la síntesis de aminoácidos, lípidos y nucleótidos. Los intermediarios del ciclo de Krebs pueden servir como precursores para la biosíntesis de estos compuestos esenciales. Generación de moléculas energéticas : El ciclo de Krebs genera NADH y FADH2, que son moléculas portadoras de electrones utilizadas en la cadena respiratoria para la producción de ATP. Esta producción de ATP a través de la fosforilación oxidativa es fundamental para la obtención de energía en forma de ATP a partir de nutrientes. Centralidad en el metabolismo celular : El ciclo de Krebs es esencial para el metabolismo energético en la mayoría de las células aeróbicas, ya que completa la oxidación de compuestos carbonados y contribuye a la producción de ATP y a la generación de intermediarios metabólicos esenciales para otras funciones celulares. e) ¿Cuántos Ciclos de Krebs se producen por cada molécula de glucosa? ¿Por qué? Para determinar cuántos ciclos de Krebs ocurren por cada molécula de glucosa, es importante considerar que la glucosa se descompone en dos moléculas de piruvato durante la glucólisis, y cada molécula de piruvato puede ingresar al ciclo de Krebs como acetil-CoA. Por lo tanto, para una molécula de glucosa, se generan dos moléculas de acetil-CoA (una por cada molécula de piruvato), y cada una de estas moléculas de acetil-CoA entra en el ciclo de Krebs. Es decir, por cada molécula de glucosa que se metaboliza a través de la glucólisis y el ciclo de Krebs, se produce un total de dos ciclos de Krebs (uno por cada molécula de acetil-CoA generada a partir del piruvato). Esto significa que, para una molécula de glucosa: La glucólisis produce dos moléculas de piruvato. Cada molécula de piruvato se convierte en acetil-CoA. Cada molécula de acetil-CoA ingresa al ciclo de Krebs, produciendo dos ciclos de Krebs en total. Por lo tanto, la glucólisis y el ciclo de Krebs permiten la oxidación completa de la glucosa en dos etapas, generando ATP, NADH, FADH2 y CO2 como productos finales importantes para el metabolismo energético de la célula. f) Explica cuál de ambas membranas mitocondriales es más permeable a los protones ¿qué papel juega esa característica en la Cadena Respiratoria acoplada a la Fosforilación Oxidativa? La membrana interna de la mitocondria es la estructura más importante en el proceso de la Cadena Respiratoria acoplada a la Fosforilación Oxidativa. Esta membrana es menos permeable a los protones en comparación con la membrana externa de la mitocondria. La impermeabilidad selectiva de la membrana interna mitocondrial a los protones es esencial para mantener el gradiente de protones necesario para la síntesis eficiente de ATP durante la fosforilación oxidativa. Esta característica asegura que la energía liberada durante la cadena respiratoria se utilice de manera efectiva para impulsar la