La Célula by Raúl Camacho

Naturaleza FĂsica y QuĂmica del Protoplasma

Naturaleza Física del Protoplasma Diferencias entre Soluciones Solución Verdadera

Solución Coloidal

Suspensión

<0.001 µm

0.001 – 0.1µm

> 0.1µm

Invisibles por medios ópticos

Visibles (microscopio)

Visibles

No se sedimentan

Se sedimentan

Partículas disueltas

Dispersas

Suspendidas

Soluto: sólido, líquido o gas

Fase dispersa: SLG

Soluto: sólido

Solvente: líquido (S. acuosa)

Fase dispersante: SLG

Solvente: líquido

fase dispersa

T°

T° fase dispersante

Gel

Sol

Difusión

Isotónica Hipertónica

Hipotónica

Osmosis

Isotónica

Naturaleza Química del Protoplasma Elementos biogénicos o Bioelementos Primarios C, H, O, N Carbono Hidrógeno95% Oxígeno

Nitrógeno

Secundarios

Oligoelementos

P, K, Ca, Mg, S, Cl, Na Fósforo Potasio Calcio 4.5% Magnesio Azufre Cloro Sodio

Cu, Mo, Fe, Mn, Zn Cobre Molibdeno Hierro Manganeso0.5% Zinc Fl, B, Al, Si, Co, V, Cr, Li, I

Enlaces covalentes

e8p+ 8n±

La molécula de agua: H2O p+

H(+)

H(+) (-)O

H(+)

(-)O

H(+)

Enlaces de Hidrógeno

4-10 Kcal/mol

H(+)

1 mol = 6,023 x 1023 (Número de Avogadro)

(-)O

H(+)

Diferencias entre compuestos orgánicos e inorgánicos Característica

Orgánicos

Inorgánicos

Número: >21’000.000

90%

10%

Estructura

Compleja, alto PM

Simple, bajo PM

Tipo de enlace

Covalente

Electrovalente

Electrólisis

No electrólitos

Electrólitos

Velocidad de reacciones

Lenta, entre moléculas

Rápida, entre iones

Puntos de licuefacción y ebullición

Bajos

Altos

Solubilidad

En solventes orgánicos

En agua

Inflamación

Inflamables

No inflamables

Carbohidratos MonosacĂĄridos Grupo AldehĂdo

Grupo Cetona

Ribosa

Ribulosa

Glucosa

Fructosa

aldopentosa

cetopentosa

aldohexosa

cetohexosa

5’ 4’

1’ 3’

2’

Anillo furanosa 6’ 5’

4’ 6’

3’

1’ 2’

5’ 4’

1’

3’

Anillo furanosa

2’

Anillo piranosa

Oligosacáridos Formación de un Disacárido de dos hexosas

Reacción de condensación

+ H2O O enlace glicosídico 1,4

Maltosa

Sucrosa

Lactosa

Polisacáridos Almidón Amilosa

Enlace glicosídico 1,4

Amilopectina Enlace glicosídico 1,4

n Enlace glicosídico 1,6

Zea mays

Solanum tuberosum

Musa paradisiaca

Celulosa

Quitina

Lípidos O

CH2OC  R1

CH2OH HO  C  R1 O

CHOH

O CHOC  R2

HO  C  R2 O

CH2OH HO  C  R3 Glicerol

CH2OC  R3

Acidos Grasos

TRIGLICERIDO

Ceras Cera de Abejas

Acido palmítico

Triacontanol

+ 3H2O

Película superficial

agua

Fosfolípidos O

Micela simple

CH2OC  R1 O CHOC  R2

Extremo no polar (“colas hidrófobas”)

agua

O CH2OP  OH

Extremo polar (“cabeza hidrófila”)

Micela doble

agua

Esteroides

Terpenos

Feromonas

Radical

R H

Amina

O C Carboxilo OH

Los 20 AA´s de las Proteínas Nombre

Abreviatura

Observación

Estructura de Aminoácido

Proteínas

Alanina Arginina Asparagina Acido Aspártico Acido Glutámico Cisteina Fenilalanina Glutamina Glicina Histidina Isoleucina Leucina Lisina Metionina Prolina Serina Treonina Triptofano Tirosina Valina

Ala Arg Asn Asp Glu Cis Fen Gln Gli His Ile Leu Lis Met Pro Ser Tre Trp Tir Val

Esencial

Contiene S Esencial

Esencial Esencial Esencial Esencial Esencial, contiene S

Esencial Esencial Esencial

O N

C OH

Enlace peptídico

Cálculo del número total de péptidos: X = YZ X = Nº total de péptidos Y = Nº de AA’s disponibles Z = Nº de AA’s en el péptido

Estructuras de las Proteínas Primaria Cuaternaria

Terciaria

Secundaria

Hélice-alfa

Lámina-beta

Acidos Nucleicos 5’

4’

1’ 3’

Desoxibosa

Ribosa

2’

OH Purina

Pirimidina

P  OH O

Fosfato

Azúcar

Base nitrogenada + 2H2O

Nucleótido

5’

Cadenas “antiparalelas”

3’

“Pasamanos”

5’

3’ T

Desoxiribosa

Fosfato A

enlaces de H

“Peldaños” Pares de bases complementarias

 = 2nm

1 giro completo = 10 pares de bases = 3.4 nm

5’ 3’

3’

5’

Diferencias entre ADN y ARN Característica

ADN

ARN

Nº de cadenas

Dos

Una

Tamaño

Mayor

Menor

Azúcar

Desoxiribosa

Ribosa

Bases Nitrogenadas

A, G, C, T

A, G, C, U

Duplicación

Autoduplicable

Se origina del ADN

Información genética

La contiene

La copia

Mutabilidad

Mutable

Copia la mutación

Estructura Celular

Célula Animal 7

6 4

1 3

2 16

2 9

4 3 16

15 18

11 12

15 13

14 1 = Citoplasma 2 = Membrana celular 3 = Núcleo 4 = RE rugoso 5 = RE liso 6 = Mitocondrias 7 = Microfilamentos

19 Célula Vegetal

5 8 = Lisosoma 9 = Peroxisoma 10 = Centríolos 11 = Microtúbulos 12 = Aparato de Golgi 13 = Cilios

14 = Ribosomas 15 = Cromatina 16 = Nucleolo 17 = Cloroplasto 18 = Pared celular 19 = Plasmodesmos 20 = Vacuola

Membrana Celular

Glucoproteína

Glucolípido

Fosfolípidos

Colesterol

Proteína periférica

Proteína integral

Difusión pasiva

Transporte pasivo

Difusión facilitada

Moléculas pequeñas

Transporte activo Grupo-translocación

Mecanismos de Transporte

Exocitosis

Moléculas grandes Endocitosis

Fagocitosis Pinocitosis

Transporte Pasivo Propiedad

Difusión Pasiva

Difusión facilitada

Transporte Activo

Grupo Translocación

En contra de la gradiente

Uso de permeasa

Consumo de energía

Modificación química

Bomba Sodio-Potasio Exterior

Citoplasma ATP Na+

AzĂşcar

Membrana celular

Permeasa

K+

Núcleo

Eucromatina Cromatina

Retículo endoplasmático

Heterocromatina Nucleolo

Filamentos intermedios

Lámina nuclear

Poro nuclear

Jugo nuclear (Nucleoplasma)

Membrana externa Envoltura nuclear Membrana interna

Retículo Endoplasmático Lúmen Núcleo Ribosomas

RE Rugoso RE Liso

Ribosomas

Subunidad pequeña ARNr + Proteínas

20 nm

Subunidad grande

Aparato de Golgi

Sacos aplanados De salida

Cisterna

LĂşmen

Cara cis

De entrada

VesĂcula de Golgi

Dictiosoma

Conjunto de cisternas

Lisosoma

Lisosomas

Digesti贸n de material ingerido por endocitosis

Fagocitosis

Exocitosis

Vacuola fagoc铆tica

Lisosoma primario

Lisosoma secundario

Vacuola digestiva

Cuerpo residual

Lisosomas Autofagia: destrucci贸n de estructuras inservibles

. ... . . .. .. . . .

Estructura inservible

Cuerpo residual

RE liso Lisosoma primario

Vacuola autof谩gica Lisosoma secundario

Exocitosis

Lisosomas Autolisis: autodestrucci贸n de la c茅lula

Lisosomas

oxidasa 1 RH2 + O2  R + H2O2 Catalasa R’H2 + H2O2  R’ + 2H2O Catalasa 2H2O2  O2 + 2H2O

Mitocondrias

Membrana interna

Matriz

Membrana externa

Cresta mitocondrial

Citoesqueleto

MicrotĂşbulos

Filamentos de actina (= Microfilamentos)

Filamentos intermedios

Pared celular

Lamela Pared primaria

Pared secundaria

Cloroplasto Lamela intergranal

Grana

Tilacoide

Membrana interna Membrana externa

Estroma

Contactos celulares

Plasmodesmos

Desmosoma

Canal hidr贸filo

Uni贸n estrecha

Uni贸n de hendidura

Funciones Celulares

Ejemplos de Cambio Estándar de Energía Libre Reacción

ΔG°’ (cal)

Fosfoenolpiruvato  Piruvato + Pi

- 14.800

3-Fosfoglicerato + Pi  1,3-Difosfoglicerato

+ 11.800

ATP  ADP + Pi

- 7.300

AMP + 2Pi ATP

+ 7.700

Glucosa-6-fosfato  Glucosa + Pi

- 3.300

Glicerol + Pi  Glicerol-3-fosfato

+ 2200

Sistemas de oxidación/reducción de la Cadena Respiratoria Eh (voltios)

O/R NAD+/NADH

H+

- 0.32

Transportan e- en H NAD+: dinucleótido de nicotinamida y adenina

FAD: dinucleótido de flavina y adenina

FAD/FADH2

- 0.03

CoQ/CoQH2

+ 0.05

cit b.Fe+++/cit b.Fe++

+ 0.08

cit c1.Fe+++/cit c1.Fe++

+ 0.22

cit c.Fe+++/cit c.Fe++

+ 0.25

Citocromos: Fe es cofactor

cit a.Fe+++/cit a.Fe++

+ 0.29

Complejo X: cit b + cit c1

cit a3.Fe+++/cit a3.Fe++

+ 0.39

Complejo Y: Cit a + cit a3 (citocromo oxidasa)

Oxígeno/Agua

+ 0.82

4.52 Kcal/0.1 V de diferencia en los Eh

CoQ: coenzima Q, o ubiquinona

Transportan sólo e-

Cadena Respiratoria NAD+ NAD+ + 2H+ + 2e-  NADH + H+

Sustrato reducido (Ej. C6H12O6)

NADH + H+

ATP

CoQ

2citX.Fe++

2citc.Fe+++

2citY.Fe++

½ O2

CoQH2

2citX.Fe+++

2citc.Fe++

2citY.Fe+++

H2O

2H = 2H+ + 2e-

Sustrato oxidado (Ej. CO2)

FADH2

2H+ 2H+ + 2e- + O  ?

FAD

Alimentos

Primera: Digestión

Proteínas

Polisacáridos

Aminoácidos

Azúcares simples (ej. Glucosa)

Lípidos (Triglicéridos)

Macromoléculas a moléculas simples

Glucólisis

Citoplasma y Mitocondrias

Fuera de la célula

Etapas del Catabolismo

Segunda: M. simples → Acetil CoA Escaso ATP y NADH

Acidos grasos y Glicerol

ATP

Acido pirúvico

Tercera:

Ciclo de Krebs

Acetil CoA → H2O y CO2 Abundante NADH → ATP (CR)

NADH Cadena Respiratoria

Mitocondrias

Acetil CoA

NH3

H2O

ATP

CO2

Glucosa ATP Hexoquinasa ADP

Glucólisis

Glucosa-6-fosfato Glucosa-fosfato isomerasa

Fructosa-6-fosfato

2 Acido pirúvico

ATP Fosfofructoquinasa ADP

2ADP

Fructosa-1,6-difosfato

Piruvato quinasa

2ATP

2 Acido fosfoenolpirúvico

Aldolasa

Dihidroxiacetona fosfato

2 Gliceraldehído-3-fosfato 2NAD+ 2(2H) 2(NADH + H+)

Enolasa

Triosa-fosfato isomerasa

2 Acido-2-fosfoglicérico

2Pi Glicerldehído-3-fosfato deshidrogenasa Fosfoglicerato quinasa

2 Acido-1,3-difosfoglicérico

2ADP

2ATP

Fosfoglicerato mutasa

2 Acido-3-fosfoglicérico

Acido Pirúvico NAD+ 2H

Pirúvico deshidrogenasa

NADH + H+

El Ciclo de Krebs

CO2

Acetil CoA H2O Citrato sintetasa

Acido Oxaloacético

Acido Cítrico

NAD+

Aconitasa

Málico 2H + deshidrogenasa NADH + H

Acido Isocítrico Acido Málico Isocitrato deshidrogenasa H2O

Fumarasa

Acido α-Cetoglutárico

Acido fumárico FAD 2H

α-Cetoglutarato deshidrogenasa

Succinato deshidrogenasa

FADH2

Acido Succínico

CO2 NAD+ 2H NADH + H+

Succinil CoA Succinil tioquinasa ATP

ADP+Pi

β-Oxidación Acil CoA sintetasa Activación: A.Graso + CoA + ATP

A.Graso-CoA + ADP

A.Graso-CoA + CoA → Acetil CoA + (NADH + H+) + FADH2 A.Graso-CoA (2C’s menos) + CoA → → → hasta que A.Graso-CoA tiene 4C’s A.Graso-CoA (4C’s) + CoA → 2Acetil CoA + (NADH + H+) + FADH2

Acetil CoA → Ciclo de Krebs

(NADH + H+) o FADH2 → CR

Ejemplo: Supongamos un ácido graso de 10C’s A.Graso (10C’s) + CoA + ATP → A.Graso-CoA (10C’s) + ADP

1ra etapa: A.Graso-CoA (10C’s) + CoA → Acetil CoA + (NADH + H+) + FADH2 2da etapa: A.Graso-CoA (8C’s) + CoA → Acetil CoA + (NADH + H+) + FADH2 3ra etapa: A.Graso-CoA (6C’s) + CoA → Acetil CoA + (NADH + H+) + FADH2 4ta etapa: A.Graso-CoA (4C’s) + CoA → 2Acetil CoA + (NADH + H+) + FADH2 Totales: 5Acetil CoA, 4(NADH + H+), 4FADH2

1 g lípido = 9000 cal; 1g glucógeno o proteína = 4.000 cal; 1 g glucosa = 3800 cal

AMB = litros de O2 x 1.25 g/litro x 3.800 cal/g Reservas de un hombre normal de 70 Kg de peso Compuesto

Grasa Proteína Glucógeno Glucosa

Masa (Kg)

Energía (cal)

135’000.000 24’000.000 900.000 76.000 Total: 159’976.000

15 6 0.225 0.020

Fermentaci贸n

Otro compuesto

Fermentación Láctica: Streptococcus lactis, células musculares Lactato deshidrogenasa

2CH3COCOOH + 2(NADH + H+)  2CH3CHOHCOOH + 2NAD+ Acido Pirúvico Acido Láctico

Fermentación Alcohólica: Saccharomyces cerevisiae Piruvato descarboxilasa

2CH3COCOOH  2CH3CHO + 2CO2 Acido Pirúvico Acetaldehído Alcohol deshidrogenasa

2CH3CHO + 2(NADH + H+)  2CH3CH2OH + 2NAD+ Etanol

Fotosíntesis

Luz

6CO2 + 12H2O  C6H12O6 + 6O2 + 6H2O

Clorofila

ΔG°’ = 684 Kcal

Características de la Fotosíntesis En Bacterias Sitio:

En Plantas y Algas Cloroplastos:

- Fotofosforilación

Membrana celular

Tilacoides

- Fijación del CO2

Citoplasma

Estroma

Cíclica

Acíclica

H2S, H2, etc.

H2O

Producción de NADPH

Reacción paralela

Fotofosforilación

Generación de oxígeno

Anoxigénica

Oxigénica

Tipo de fotofosforilación Agente reductor

Luz

Fotofosforilaci贸n C铆clica

1 quantum de luz es absorbido

Sistema I (P700)

2eFerredoxina

Ubiquinona

Citocromo b ADP + Pi ATP

Citocromo f

Luz

1 quantum de luz es absorbido

Sistema I

Sistema II

(P700)

(P680)

ADP + Pi

2e-

H2O 2H+ + 2e- + ½ O2 Fotolísis del agua

2e-

ATP

Ferredoxina

Ubiquinona

2eFlavoproteína

Citocromo b ADP + Pi

ATP

NADP+

Citocromo f

NADPH + H+

Fotofosforilación Acíclica

Ciclo de Calvin 3Anhídrido carbónico (3 x 1C = 3C’s)

6Acido-3-fosfoglicérico (6 x 3C = 18C’s)

Ribulosa difosfato carboxilasa

6ATP

3Ribulosa-1,5-difosfato (3 x 5C = 15C’s) 6ADP + 6Pi 3ADP + 3Pi 6Acido-1,3-difosfoglicérico (6 x 3C = 18C’s)

3ATP 5Gliceraldehído-3-fosfato (5 x 3C = 15C’s)

6NADPH + 6H+

6Gliceraldehído-3-fosfato (6 x 3C = 18C’s)

1Gliceraldehído-3-fosfato (1 x 3C = 3C’s)

6NADP+

Azúcares, AA’s, A.Grasos, etc.

Anhídrido carbónico (1C) Fosfoenolpìruvato carboxilasa

Acido oxaloacético (4C’s) NADPH + H+

Acido fosfoenolpirúvico (3C’s)

NADP+

(33)

Acido málico ( 4C’s)

ADP + Pi NADP+

ATP

NADPH + H+

Acido pirúvico (3C’s) CO2

Ciclo de Hatch-Slack

Ciclo de Calvin

De mantenimiento

Biosíntesis De producción

Productos permanecen en la célula Contribuyen a su supervivencia Sustancias que no ingresan en alimentos Polisacáridos, lípidos, proteínas, ácidos nucleicos

- Productos abandonan la célula - Pueden servir para supervivencia de otras células Excreción: Desechos metabólicos Secreción: Productos cumplen una función: - Digestión: enzimas digestivas - Regulación: hormonas - Sostén: huesos, conchas - Reproducción: sustancias atrayentes - Protección: sustancias venenosas o irritantes

Replicación Transcripción

Traducción

ADN  ARN(r,m,t)  Proteínas

Replicación

Replicaci贸n

Hijas

Progenitora

Transcripci贸n

Quinasa Mg++

Transcripci贸n

Traducción Primera Posición

Segunda Posición

Tercera Posición

Fen Fen Leu Leu

Ser Ser Ser Ser

Tir Tir

Cis Cis

Terminación Terminación

Terminación

Trp

U C A G

Leu Leu Leu Leu

Pro Pro Pro Pro

His His Gln Gln

Arg Arg Arg Arg

U C A G

Ile Ile Ile Met

Tre Tre Tre Tre

Asn Asn Lis Lis

Ser Ser Arg Arg

U C A G

Val Val Val Val

Ala Ala Ala Ala

Asp Asp Glu Glu

Gli Gli Gli Gli

U C A G

Traducci贸n

ARN de transferencia

Traducci贸n

Iniciaci贸n

Alargamiento

Traducci贸n Terminaci贸n

Anemia falciforme

Reproducci贸n celular N煤mero diploide

? Homo sapiens: 2n = 46

Drosophila melanogaster : 2n = 8

Zea mays: 2n = 20

Pan troglodytes: 2n = 48

Pisum sativum: 2n = 14

Rattus norvegicus: 2n = 42

Canis familiaris: 2n = 78

Ciclo Celular Interfase = G1 + S + G2 (90% del ciclo)

Reproducci贸n celular Mitosis

Interfase

Profasec

2n = 4

Metafase

Anafase

Reproducci贸n celular Mitosis

Telofase

2n = 4

Reproducci贸n celular Mitosis

Reproducci贸n celular Meiosis

Profase I

Meiosis I Meiosis

Leptoteno Zigoteno Paquiteno Interfase I precede a Meiosis I Diploteno Diacinesis

Metafase I Anafase I Telofase I Profase II Metafase II Meiosis II Anafase II Telofase II

Interfase II precede a Meiosis II

Reproducci贸n celular Meiosis Profase I

quiasma

Leptoteno

Zigoteno

Diploteno

Paquiteno

Diacinecis

Reproducci贸n celular Meiosis

Metafase I

Anafase I Cromosomas numerados por tama帽o, excepto X e Y

PROBABILIDAD DE TENER UN HIJO CON TRISOMÍA 21 (St Bartholomews Hospital, London)

Edad

1 niño en:

Edad

1 niño en:

Edad

1 niño en:

15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

1578 1572 1565 1556 1544 1528 1507 1481 1447 1404 1351

26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36

1286 1208 1119 1018 909 796 685 574 474 384 307

37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47

242 189 146 112 85 65 49 37 28 21 15

Reproducci贸n celular Meiosis Telofase I

Profase II

Metafase II

Anafase II

Telofase II