CAPÍTULO 5.
La vida depende de la capacidad de las células para almacenar recuperar y traducir las instrucciones genéticas
necesarias para generar y mantener un organismo vivo. Esta información hereditaria Se pasa de una célula a sus hijas
durante la división celular y en los organismos multicelulares de generación en generación a través de las células
germinales,las instrucciones se almacenan dentro de toda célula Viva en sus genes.
La información genética consiste primariamente en instrucciones para elaborar proteínas: Las proteínas son
macromoléculas que realizan la mayoría de las funciones de las células: actúan como unidades materiales para las
estructuras celulares,forman las enzimas que catalizan las reacciones químicas de la célula,regulan la expresión de
los genes y permiten que las células se muevan y se comuniquen entre sí.
El DNA transporta la información hereditaria de la célula y los componentes proteicos de los cromosomas
principalmente compactan y controlan las moléculas de ADN de una longitud enorme. Una molécula de ácido
desoxirribonucleico ADN consiste en dos cadenas largas de polinucleótidos cada una de estas cadenas de ADN(
hebras de ADN) está compuesta por 4 tipos de subunidades (nucleótidos) y ambas cadenas se mantienen unidas por
la acción de enlace de hidrógeno entre las bases de los nucleótidos.
Los nucleótidos están compuestos por una pentosa,carbohidrato simple de 5 carbonos, a la cual se une uno o más
grupos fosfatos y una base nitrogenada para los nucleótidos el ADN la pentosa es de desoxirribosa unida a un solo
grupo fosfato. La base puede ser adenina(A)citosina(C) guanina(G) timina(T). Los nucleótidos están unidos entre sí
formando una cadena a través de las pentosas y los fosfatos. La forma en que están unidas los nucleótidos concede a
una cadena de ADN una polaridad química,esta polaridad denomina extremo 3' y el otro extremo 5'. A siempre se
aparea con T y G con C. Cada par de nucleótidos pueden encajar dentro de la doble hélice porque las dos cadenas de
la hélice corren antiparalelas una con respecto a la otra. Las cadenas antiparalelas de pentosa fosfato luego se
enroscan formando una doble hélice con 10 pares de bases por vuelta helicoidal.
Cada cadena de una molécula ADN contiene una secuencia de nucleótidos que es complementaria de la secuencia de
nucleótidos de su cadena pareja, Esta complementariedad es importante para el copiado y la reparación del ADN. Los
genes transportan información biológica que debe copiarse y transmitirse en forma precisa cuando la célula se divide
y genera dos células hijas. El ADN codifica la información en el orden de los nucleótidos a lo largo de la cadena. El
conjunto completo de la información del ADN de un organismo recibe el nombre de genoma. En las células eucariotas
las moléculas muy largas de ADN bicatenario se compactan en estructuras llamadas cromosomas las cuales caben
en el núcleo y puede repartirse con facilidad entre las dos células hijas Durante cada división celular. En los
eucariontes el ADN en el núcleo está distribuido entre un conjunto de cromosomas diferentes el genoma humano
contiene alrededor de 3,2x10
⁹ nucleótidos repartidos en 46 cromosomas cada cromosoma consiste en una sola
molécula de ADN lineal larga asociada con proteínas que pliegan y condensan el delgado filamento de ADN. El
complejo de ADN y proteínas recibe el nombre de cromatina.
El conjunto total de los 46 cromosomas humanos ordenados recibe el nombre de cariotipo humano. La función más
importante de los cromosomas es transportar los genes. Las bacterias y algunas eucariotas unicelulares poseen
genomas compactos. Para formar un cromosoma funcional una molécula de ADN debe transportar genes Y ser capaz
de duplicarse y las copias producto de la duplicación deben separarse y distribuirse entre las células hijas en cada
división celular. estos procesos ocurren mediante el CICLO CELULAR. Durante la interfase los cromosomas Están
extendidos como filamentos de ADN largos delgados y enmarañados en el núcleo. Otra secuencia de ADN forma los
TELÓMEROS,se encuentran en cada uno de los dos extremos de un cromosoma, contienen secuencias repetidas de
nucleótidos que permiten que los extremos de los cromosomas se dupliquen. Cuando el ciclo celular alcanza la fase
M se enrolla y se adopta una estructura compacta formando los cromosomas mitóticos condensados. En este estado
de compactación los cromosomas se ven con facilidad y pueden separarse fácilmente cuando la célula se divide una
vez que los cromosomas se han condensado el CENTRÓMERO permite que una copia de cada cromosoma duplicado
se distribuye a cada célula hija. El núcleo está delimitado por una envoltura nuclear formada por dos membranas
concéntricas la envoltura está perforada por los poros nucleares los cuales transportan moléculas seleccionadas
hacia el citosol. Y está sustentada por la lámina nuclear una red de filamentos proteicos que forman una capa delgada
por debajo de la membrana nuclear interna. Las proteínas que se unen al ADN formando los cromosomas eucarióticos
se dividen en Dos clases: las histonas y las no histonas las histonas se encuentran en una cantidad enorme. El
complejo de ambas clases de proteínas con el ADN nuclear recibe el nombre de CROMATINA Las histonas los
responsables del primer nivel fundamental de compactación cromatina El nucleosoma. La mayoría de la cromatina se
encuentra en forma de fibra con un diámetro de 30 nanómetros.. Las proteínas nucleasas degradan el ADN mediante
la realización de Cortés entre los nucleótidos Una partícula central del nucleosoma individual consiste en un complejo
de 8 proteínas histona. H2A,H2B,H3,H4 y el ADN bicatenario que se enrosca alrededor del octámero histórico. La
condensación de los nucleosomas depende de la 5ta histona H1 esta histona lijadora cambia la dirección que toma el
ADN al abandonar el centro del nucleosoma lo cual permite formar una estructura más compacta. Las células
eucariotas Tienen varias formas de ajustar la estructura de su cromatina una forma aprovecha complejos de
remodelación de la cromatina, máquinas proteica que utilizan la energía de la hidrólisis de ATP para cambiar la
posición del ADN enrollado alrededor de los nucleosomas. Estos complejos pueden descondensar el ADN subyacente
lo cual es más accesible a otras proteínas en la célula. Otra forma de alterar la estructura consiste en la modificación
química de las histonas, las colas de las cuatro histonas centrales están sujetas a las modificaciones. Estas
modificaciones afectan la capacidad de las colas de las histonas para unirse a proteínas específicas. las enzimas que
modifican las colas de las histonas funcionan con los complejos de remodelación condensación y descondensación
segmentos de cromatina, Esto permite que la estructura cambie con rapidez de acuerdo con las necesidades de la
célula. La forma de grado mayor de condensación de la cromatina interfásica se denomina HETEROCROMATINA:
constituye alrededor del 10% de un cromosoma interfásico. El conjunto de modificaciones de colas histónicas induce
la producción de la forma más común de heterocromatina estas modificaciones alta en proteínas de heterocromatina
que luego inducen las mis modificaciones de escuelas históricas en nucleosomas contiguos. Las nuevas
modificaciones de las colas reclutan el mismo conjunto de proteínas de heterocromatina lo cual causa una expansión
de cromatina condensada se propague a lo largo del cromosoma de esta forma se establece una región extensa de
heterocromatina a lo largo del ADN. Los genes que por accidente se condensan en heterocromatina no suelen
expresarse esto puede causar enfermedad en los seres humanos. El resto de la cromatina interfásica recibe el
nombre de EUCROMATINA tanto la eucromatina como la heterocromatina están compuestas por mezclas de
estructuras cromatinicas diferentes. EUCROMATINA es cromatina en un estado más desplegado que la
HETEROCROMATINA.
CAPÍTULO 6:
La Capacidad de la célula para mantener el orden depende de la duplicación precisa de la gran cantidad de
información genética codificada en su ADN este proceso de replicación se denomina replicación del ADN debe ocurrir
antes que una célula produce dos células hijas idénticas. En cada división celular una célula debe copiar su genoma
con precisión (1.000 nucleótidos por segundo) Cada cadena puede actuar como un molde para la síntesis de una
nueva cadena complementaria. Esta capacidad le permite a la célula se aplica sus genes antes de pasarlos a sus
descendientes. La replicación del ADN produce dos doble hélice completas a partir de una molécula de ADN original y
cada Ellis nueva es idéntica excepto por errores infrecuentes. La doble hélice de ADN es muy estable:las dos cadenas
están aseguradas por enlaces de hidrógeno entre las bases de ambas cadenas para ser utilizada como un molde la
doble hélice primero debe ser abierta y las dos cadenas deben ser separadas de modo que exponen las bases
separadas el proceso de replicación del ADN es comenzado por proteínas que se unen al ADN y separa las dos
cadenas rompiendo los enlaces de hidrógeno entre las bases. Las posiciones en la que el ADN se Abre primero se
denominan orígenes de replicación y están marcadas por una secuencia particular de nucleótidos. Las moléculas de
ADN en el proceso de ser replicadas contienen uniones con forma de Y denominadas HORQUILLAS DE
REPLICACIÓN. En esas horquillas la maquinaria de replicación se mueve a lo largo ADN, Abre las dos cadenas de la
hélice y utiliza cada cadena como molde para producir una cadena hija nueva. Se forman dos horquillas a partir de
cada origen de replicación y se moverán desde el origen en direcciones opuestas descomprimiendo el ADN a medida
que avanzan. En el corazón de la maquinaria de replicación se encuentra una enzima llamada ADN polimerasa que
sintetiza ADN nuevo utilizando una de las cadenas antiguas como un molde. Esta enzima cataliza la adición de
nucleótidos al extremo 3' de la cadena de ADN en crecimiento mediante la formación de un enlace fosfodiéster entre
ese extremo y el grupo fosfato 5' del nucleótido entrante. Los nucleótidos ingresan en la reacción inicialmente como
nucleósidos trifosfatos que proporcionan la energía para la polimerización. La hidrólisis de un enlace de alta energía
de un nucleósido trifosfato impulsa la reacción que une al monómero nucleótido a la cadena y libera pirofosfato. La
DNA polimerasa acopla la liberación de esa energía a la reacción de polimerización. El pirofosfato es hidrolizado
después en fosfato inorgánico.
La Horquilla de replicación es asimétrica. La DNA POLIMERASA puede Añadir subunidades únicamente al extremo 3'
de la cadena la cadena de ADN cuyo extremo 5' debe crecer se sintetiza de manera discontinua la ADN polimerasa se
mueve hacia atrás con respecto a la dirección de la horquilla de replicación a medida que cada segmento nuevo es
sintetizado en la dirección 5 a 3 Los segmentos de ADN se denominan FRAGMENTOS DE OKAZAKI. son unidos todos
juntos y forman una nueva cadena continua. La cadena de ADN que se sintetiza de manera discontinua se denomina
CADENA RETRASADA. La cadena que se sintetiza de manera continua se denomina CADENA ADELANTADA. Cuando
la DNA POLIMERASA comete un error y añade un nucleótido incorrecto puede corregir mediante una actividad que se
denomina corrección esta corrección se produce al mismo tiempo que la síntesis de ADN antes que la enzima añada
un nucleótido a la cadena de ADN en crecimiento verifica si el nucleótido agregado antes está apareado de manera
correcta a la cadena molde si es así la polimerasa agrega el siguiente nucleótido de lo contrario la polimerasa y libera
un nucleótido han apareado y lo intenta nuevamente. La polimerasa puede unir un nucleótido solamente a un
nucleótido apareado en una doble hélice de ADN no puede comenzar una cadena de ADN nueva para eso se necesita
una enzima diferente que comience una cadena nueva de polinucleótidos mediante la unión de dos nucleótidos para
empezar una nueva cadena de ADN. está enzima sintetiza un segmento corto, El ARN utilizando la cadena de ADN
como molde. Este ARN está formado por bases apareadas a la cadena molde y proporciona el extremo 3 de la base
apareada como un Punto de partida para la DNA polimerasa. Actúa como CEBADOR para la síntesis de DNA y la
enzima que sintetiza el cebador de ARN se llama PRIMASA. La primasa es una enzima que sintetiza ARN utilizando
DNA como molde. EL ARN Contiene base URACILO (U)en lugar de TIMINA(T) U puede formar un par de bases con A.
El cebador de ARN es sintetizado en la cadena de ADN por apareamiento de bases complementarias. Para la cadena
adelantada se necesita un cebador de ARN para comenzar la replicación. Una vez que la horquilla de replicación ácido
establecida. La DNA POLIMERASA es presentada de manera continua con un extremo 3. En la cadena retrasada en la
síntesis de ADN discontinua se necesitan cebadores nuevos. Cuando el movimiento de la horquilla de replicación
expone un nuevo tramo de bases desapareadas se forma un cebador de ARN nuevo La ADN POLIMERASA agrega un
desoxirribonucleótido al extremo 3 de este cebador para comenzar una cadena de ADN y continuará alargandola
Hasta que encuentre el siguiente cebador de ARN. Para producir una cadena de ADN nueva se necesitan 3 enzimas
adicionales. estás actúan eliminando el cebador de ARN,reemplazarlo con ADN unir fragmentos de ADN, una nuclear
y separa el cebador de ARN. Una ADN polimerasa llamada POLIMERASA REPARADORA. reemplaza el ARN con ADN y
la enzima DNA LIGASA une el extremo 5' fosfato de un nuevo fragmento de ADN al extremo 3'. Una proteína de
replicación llamada abrazadera mantiene a la DNA POLIMERASA adherida al molde de DNA mientras sintetizan las
cadenas nuevas de ADN. La abrazadera deslizante forma un anillo alrededor de la hélice de ADN sujetando a la
polimerasa y permite Así que la misma se mueva a lo largo de la cadena molde sin despegarse a medida que sintetiza
ADN nuevo. Las células eucariotas resuelven el problema de la replicación del extremo por medio de secuencias
nucleotídicas en los extremos de sus cromosomas incorporados a los telómeros. Estas secuencias de ADN
telomérico a traer una enzima al cromosoma que se denomina TELOMERASA utilizando un molde de ARN. La
telomerasa agrega los nucleótidos que se pierden cada vez que un cromosoma eucarionte se duplica mediante la
adición de múltiples copias de la misma secuencia corta de ADN que actúa como un molde que permite que se
completa la replicación de la cadena retrasada mediante la replicación convencional del ADN. También forman
estructuras reconocidas por las células como los verdaderos extremos de los cromosomas. La mayoría del daño del
ADN es temporario porque es inmediatamente corregido por los procesos que se denominan REPARACIÓN DEL ADN.
Sólo en Casos raros los procesos de replicación y reparación del ADN de una célula falla y permiten que se produzca
un cambio en el ADN estos cambios se denominan MUTACIONES. El mecanismo de la reparación del DNA comprende
3 etapas: Escisión: el daño es cortado y eliminado en la serie de nucleasas cada una especializada en un tipo de daño
del ADN Nueva síntesis: la secuencia de ADN original es restaurada por una DNA polimerasa reparadora que llena el
espacio libre creado por la eliminación. Ligación: la ADN ligasa sella la melladura dejada en el eje azúcar-fosfato de la
cadena reparada.
CAPÍTULO 7:
La información genética de las células fluye del ADN al ARN a la PROTEÍNA. LA TRANSCRIPCIÓN Y LA TRADUCCIÓN
son los cuales las células leen sus instrucciones genéticas: Genes.
SE PUEDEN CREAR MUCHAS COPIAS DE ARN IDÉNTICAS A PARTIR DEL MISMO GEN.
El primer paso que da una célula en lectura de sus genes es copiar la secuencia de ese Gen en ARN el proceso se
denomina TRANSCRIPCIÓN por la información se escribe en el mismo lenguaje de los nucleótidos al igual que el
ADN. EL ARN Qué es un polímero lineal compuesto por 4 tipos distintos de su unidades nucleotídicas unidas
mediante enlaces fosfodiéster. Los nucleótidos del RNA contienen azúcar a ribosa
EL ARN ES MONOCATENARIO. El
ADN actúa como un depósito de información,EL ARN presenta diferentes variedades que tienen funciones
estructurales y catalíticas. Todo el ARN de una célula es producido por transcripción la cual comienza con la apertura
y el desenrollamiento de un fragmento de la doble hélice de ADN lo que expone las bases de cada una de sus
cadenas. Una de las dos cadenas de la doble hélice de ADN actúa como molde para la síntesis de ARN. Las enzimas
que realizan la transcripción se denominan RNA polimerasas. La cual se mueve en forma escalonada a lo largo del
ADN y desenrolla la hélice de ADN exponiendo una nueva región de cadena molde complementaria. La enzima utiliza
trifosfatos de ribonucleótidos (ATP,CTP,UTP Y GTP) La ARN polimerasa puede comenzar una cadena de RNA sin un
cebador, por que la transcripción no necesita ser tan exacta como la replicación del ADN. En las células se producen
distintos tipos de RNA.
RNA MENSAJERO: en eucariotas suele transportar información transcrita de sólo un gen que
codifica una sola proteína.
RNA RIBOSÓMICO: forma la parte central de los ribosomas en los que se traduce el mRNA
a proteína.
RNA DE TRANSFERENCIA: forma los adaptadores que seleccionan aminoácidos y los retienen en el sitio
adecuado del ribosoma para su incorporación a la proteína.
ARN PEQUEÑOS: actúan como reguladores clave de la
expresión génica en eucariontes. La expresión génica es el proceso por el cual la información codifica en una
secuencia de ADN es traducida a un producto que ejerce algún efecto sobre la célula, en el caso de que el producto
final del Gen es una proteína la expresión génica comprende tanto la transcripción como la traducción. Cuando el
producto final de un gen es una molécula de ARN la expresión no requiere traducción. Cuando una ARN polimerasa
choca con el DNA se adhiere a él y después se desliza con rapidez a lo largo de la cadena. La enzima se fija después
que ha encontrado una región denominada promotor que contiene una secuencia de nucleótidos que indican el punto
de inicio de la síntesis de ARN. Una vez que la ARN polimerasa alcanza el promotor y se une al ADN la enzima abre la
doble hélice para exponer los nucleótidos de cada cadena de DNA. Luego una de las dos cadenas de ADN actúa como
molde para el apareamiento de las bases complementarias con los ribonucleótidos que ingresan dos de los cuales
son Unidos por la polimerasa que inicia la cadena de ARN. La elongación de la cadena continúa hasta que la enzima
encuentra una segunda señal en el ADN el terminador la polimerasa se detiene y libera el molde de ADN y la cadena
de ARN recién sintetizada. Una subunidad de la polimerasa bacteriana (factor sigma)es responsable de reconocer la
secuencia del promotor de ADN,una vez que la polimerasa se ha adherido al ADN en este sitio y ha sintetizado
alrededor de 10 nucleótidos de ARN el factor es liberado lo que permite que la polimerasa avance y continúe
transcribiendo. La proteína polimerasa puede reconocer al promotor aunque el ADN esté en forma de doble hélice,
Como el ADN es bicatenario un promotor podría en principio dirigir la síntesis de dos transcrito de ARN diferentes. El
promotor es asimétrico y se une a la polimerasa en solo una orientación.
DIFERENCIAS ENTRE LA INICIACIÓN DE LA TRANSCRIPCIÓN EN LOS EUCARIONTES Y EN LAS BACTERIAS:
1)
Las bacterias contienen un solo tipo de ARN polimerasa mientras que los eucariontes contienen 3. Responsables de
transcribir diferentes tipos de genes. Las ARN polimerasa I y III transcriben los genes que codifican tARN,rARN,ARN
pequeños que cumplen funciones estructurales y catalíticas en la célula. La RNA polimerasa II transcribe la mayoría
de genes(todos los que codifican proteínas)
2)La ARN bacteriana puede iniciar la transcripción por si sola. Mientras
que las ARN polimerasas eucariontes requieren la ayuda de grupos de proteínas accesorias. las principales son los
factores de transcripción general. Estas se ensamblan sobre el promotor donde posicionan a la ARN
polimerasa,separan la doble hélice,exponen la cadena molde y lanzan a la ARN polimerasa a iniciar la transcripción.
3)En eucariontes los mecanismos que controlan su iniciación son mucho más elaboradas que en los procariontes. 4)
la iniciación de la transcripción en eucariontes debe tener en cuenta el empaquetamiento de ADN en nucleosomas y
formas más compactas de estructura de la cromatina. El ADN bacteriano se encuentra expuesto al citoplasma que
contiene a los ribosomas en los que tiene lugar la síntesis de proteínas. A medida que se transcriben las moléculas de
mARN en las bacterias,los ribosomas se unen al extremo 5' libre del transcripto de ARN y comienza la síntesis
proteica. En células eucariontes El ADN está dentro del núcleo. La transcripción se produce en el núcleo pero la
síntesis proteica tiene lugar en los ribosomas citoplasmáticos por lo tanto antes de que un mRNA pueda ser traducido
debe ser transportado fuera del núcleo a través de pequeños poros en la envoltura nuclear Antes de que el ARN salga
del núcleo debe atravesar procesos del RNA. las enzimas responsables del proceso cabalgan en la cola de la ARN. De
acuerdo al tipo de ARN que se está produciendo los transcritos son procesados de varios modos, a convertirse en
moléculas de mARN son el
ENCAPUCHAMIENTO Y LA POLIADENILACIÓN.
1
)El encapuchamiento del ARN consiste en una modificación del extremo 5' del transcripto de mARN, el extremo que
es sintetizado en primer lugar durante la transcripción. El RNA es encapuchado mediante el agregado de nucleótido
atipico:un nucleótido Guanina con un grupo metilo unido. EL encapuchamiento se produce una vez que la ARN
polimerasa ha producido alrededor de 25 nucleótidos de ARN.
2)La poliadenilación les proporciona a la mayor parte
de los mARN recién transcripto una estructura especial en el extremo 3' que es cortado por una enzima que fragmenta
la cadena de RNA en una secuencia de nucleótidos y después son terminados por una segunda enzima que agrega
una serie de nucleótidos de adenina repetidos al extremo cortado. Estas modificaciones aumentan la estabilidad de la
molécula de mARN. Facilitan su exportación del núcleo al citoplasma, en general identifican a la molécula de ARN
como un mARN. También son utilizados por la maquinaria de síntesis proteica que corrobora que ambos extremos de
mARN están presentes Y qué el mensaje está completo antes de que inicie la síntesis proteica. En la mayoría de los
genes eucariontes las secuencias de codificación están interrumpidas por largas secuencias interpuestas no
codificadoras denominadas intrones Los fragmentos dispersos de secuencias codificadoras denominadas exones
suelen ser más cortos que los intrones y la porción codificadora de un gen a menudo solo representa una pequeña
fracción de la longitud total del gen. Algunos genes carecen de intrones,otros tienen pocos pero la mayoría contiene
muchos. Después encapuchamiento la ARN polimerasa continúa transcribiendo el gen,comienza el proceso de corte y
Empalme del ARN. En el que se eliminan ARN recién sintetizando las secuencias de intrones y se unen entre sí los
exones Cada transcripto recibe una cola de Poli-A.(puede ocurrir antes o después del corte o empalme) una vez que el
transcripto ha sido cortado y empalmado y sus extremos 5 y 3 han sido modificados,el ARN puede abandonar el
núcleo y ser traducida a proteína. Cada intrón contiene unas pocas secuencias nucleotídicas cortas que actúan como
señales para su eliminación,estas secuencias se encuentran en cada extremo del intrón o cerca. Guiada por estas
secuencias una elaborada maquinaria de corte y empalme suprime la secuencia del intrón en forma de la estructura
de "Lazo" formada por la reacción de 'A'. El corte y Empalme del ARN es llevado a cabo por moléculas de ARN en
lugar de proteínas. Estas moléculas reconocen los límites de intrón-exón a través del apareamiento de las bases
complementarias. Estás moléculas de ARN denominadas RNA nucleares pequeños están empaquetados con otras
proteínas formando partículas ribonucleoproteicas nucleares pequeñas. éstas forman el centro del empalmosoma.
Los RNA de desecho son degradados y sus componentes son reutilizados para la transcripción. El corte y Empalme
del el ARN les confiere a los eucariontes la capacidad de producir diversas proteínas a partir de un solo gen. Hay
cuatro nucleótidos distintos en el mARN pero 20 diferentes de aminoácidos en una proteína. Las reglas por las cuales
la secuencia de nucleótidos de un gen por medio del mARN traducida a la secuencia de aminoácidos de una proteína
se conocen como código genético.
La secuencia de nucleótidos de la molécula de mRNA se lee entre grupos AAA-AUA-AUG. Cada grupo de tres
nucleótidos consecutivos del ARN se denominan Colón y cada uno especifica Un aminoácido. La traducción del
ARNm a proteína depende de moléculas adaptadoras que pueden reconocer y unirse al codón, estos adaptadores
consisten en un grupo de moléculas de pequeñas ARNT Cuatro segmentos cortos de tARN plegado son hélices
dobles lo que da origen a una molécula que se asemeja a una hoja de trébol y forma una estructura compacta forma
de L. 2 regiones de nucleótidos no apareados en cada extremo de la molécula en forma de l son cruciales para la
canción del tARN en la síntesis proteica. UNA DE ESTAS REGIONES FORMA EL ANTICODÓN. (grupo de 3 nucleótidos
que se aparea con el codón complementario de una molécula de mRNA. ) La otra región monocatenaria corta en el
extremo 3 de la molécula es el sitio donde el aminoácido con el codón se une al tARN. Para leer el código genético del
ADN, la célula produce muchos tARN diferentes, el reconocimiento y la unión del aminoácido correcto dependen de
enzimas denominadas aminoacil-tRNA-sintetasa que acoplan a cada aminoácido con su grupo de moléculas de tRNA
(hay 20 sintetasas en total) una incorpora glicina a los tARN que reconocen codones para glicina. y otra une
fenilalanina a los tARN que reconocen codones para fenilalanina. Nucleótidos específicos permiten que la sintetasa
puedas reconocer el tARN correcto.
EL ARN MENSAJERO ES CODIFICADO EN LOS RIBOSOMAS.
La traducción rápida y precisa del mRNA a proteína exige una gran maquinaria molecular que fabrica proteínas ES EL
RIBOSOMA, complejo compuesto por más de 50 proteínas diferentes y varias moléculas de RNA denominadas RNA
ribosómicos. Los ribosomas eucariontes procariontes son muy similares están formados por una subunidad grande y
una pequeña que se encajan y forma un ribosoma completo. La Subunidad pequeña hace coincidir los tARN con los
codones del mARN la subunidad grande cataliza la formación de enlaces peptídicos que unen a los aminoácidos entre
sí y forman una cadena polipeptídica. Las dos subunidades se reúnen sobre una molécula de mRNA e inician la
síntesis de una proteína. Luego el mRNA es arrastrado por el ribosoma a medida que éste se mueve el ribosoma
traduce la secuencia de nucleótidos a una secuencia de aminoácidos de a un codón por vez y utiliza los tARN como
adaptadores. Luego las dos subunidades del ribosoma se separan cuando la síntesis de la proteína ha finalizado.
Cada ribosoma contiene un sitio de unión para la molécula de mRNA y tres para las moléculas de tRNA denominados
SITIO A, P Y E. para Añadir un aminoácido a una cadena polipeptídica en crecimiento el tARN cargado ingresa en el
sitio A por apareamiento de las bases con el codón complementario de una molécula de mRNA. Su aminoácido es
unido a la cadena peptídica sostenido por el tRNA en el sitio P. A continuación el ribosoma se desplaza y el tRNA
utilizado es movido al sitio E.
EL RIBOSOMA ES UNA RIBOZIMA.
El ribosoma está formado por dos tercios de RNA y un tercio de Proteínas. Los rRNA se pliegan en estructuras
tridimensionales precisas y muy compactas que forman el centro del ribosoma. Las proteínas ribosómicas suelen
estar localizada sobre la superficie y ocupan los espacios y las hendiduras del RNA plegado.
LAS PROTEINAS RIBOSOMICAS PLEGAN Y ESTABILIZAN EL CENTRO DE RNA.
La formación de enlaces peptídicos está formado por el ARN 23S de la Sub unidad de grandes.
las moléculas de RNA que tienen actividad catalítica se denominan ribozimas.
LOS CODONES DEL mRNA SEÑALAN DÓNDE EMPIEZA Y DÓNDE TERMINA LA SÍNTESIS PROTEICA.
Un error de un nucleótido en cualquier dirección determinará que todos los codones siguientes sean mal leídos. La
traducción de un comienza con el colon y se requiere un especial para iniciar la traducción este iniciador siempre
transporta un aminoácido metionina la cual es eliminada más tarde por una proteasa específica. En los eucariontes el
tARN iniciador, acoplado a metionina es cargado en la subunidad ribosómica junto con los factores de iniciación de la
traducción. Sólo el tARN iniciador se une al sitio P, a continuación la subunidad ribosómica cargada se une al
extremo 5' de una molécula de mARN. Después la subunidad ribosómica avanza a lo largo del mARN y busca el
primer AUG. cuando lo encuentra, varios factores de iniciación se disocian de la subunidad y permiten el ensamblaje
de la subunidad ribosómica Grande a fin de completar el ribosoma. La síntesis de la proteína está lista para comenzar
la adición al sitio A del siguiente tARN cargado. Las proteínas conocidas como factores de liberación se unen a
cualquier codón de terminación que enlace el sitio A del ribosoma, y esta Unión modifica la actividad de la peptidil
transferasa ribosómica lo que hace que catalice el agregado de una molécula de agua en lugar de un aminoácido al
peptidil–tARN. Esta reacción libera el extremo carboxilo de la cadena polipeptídica de su Unión a una molécula de
tARN, y como ésta es la unión entre el polipéptido en crecimiento y el ribosoma la cadena proteica es liberada al
citosol.
La mayoría de las proteínas requieren chaperonas moleculares que ayudan a plegarse correctamente en la célula,
estas realizan rondas sucesivas de hidrólisis de ATP que permite unirse y liberar en forma continua proteínas recién
sintetizadas hasta que están apropiadamente plegadas. Esta manipulación conduce a las proteínas por vías de
plegamiento productivas al impedir que forman agregados o estructuras mal plegadas.
LAS PROTEÍNAS SON ELABORADAS EN POLIRRIBOSOMAS.
Las moléculas de mARN que están siendo traducidas suelen hallarse en forma de polirribosomas (polisomas),
grandes ensamblajes citoplasmáticos formados por varios ribosomas separados por tan sólo 80 nucleótidos a lo
largo de una única molécula de mARN.
EL RNA Y LOS ORÍGENES DE LA VIDA.
Antes de que surgieran las células modernas existían en la tierra un mundo de ARN. Según esta hipótesis, el ARN
almacenaba información genética y catalizaba reacciones químicas en las células primitivas en etapas evolutivas más
tardías, el ADN se convirtió en el material genético y las proteínas en los principales catalizadores y componentes
estructurales de las células.
LA VIDA REQUIERE AUTOCATÁLISIS.
El origen de la vida requiere moléculas que tengan una propiedad crucial: la capacidad de catalizar reacciones que
induzcan, directa o indirectamente, la producción de más moléculas iguales a sí mismas. Los catalizadores con esta
propiedad después de haberse originado por azar, se reproducírian a sí mismos y derivarían materia prima de la
producción de otras sustancias. En las células vivas actuales, los catalizadores son proteínas, que pueden adoptar
diversas formas tridimensionales erizadas de sitios químicamente reactivos.
El ARN se originó antes que el ADN.
El azúcar desoxirribosa es más difícil de producir y en las células actuales se forma a partir de la ribosa mediante una
reacción catalizada por una enzima proteica lo que indica que la ribosa precedió a la desoxirribosa en las células. Es
probable que el ADN haya aparecido más adelante y luego probó ser más apropiado que el ARN como depósito
permanente de información genética. La desoxirribosa de su esqueleto azúcar–fosfato forma cadenas de ADN más
estables que las de ARN de modo que se pueden mantener mayores longitudes de ADN sin rupturas.
CAPÍTULO 8:
CONTROL DE LA EXPRESIÓN GÉNICA
La cuestión se origina en la expresión génica. La bacteria unicelular más simple puede utilizar su genes en forma
selectiva, las plantas y animales multicelulares la expresión génica está bajo un control más elaborado. Casi todas las
células de un organismo multicelular contienen el mismo genoma, la diferenciación celular se logra por cambios en la
expresión génica. Cientos de tipos celulares diferentes realizan una gama de funciones especializadas que dependen
de genes que sólo son activados en este tipo celular. por ejemplo: la célula A del páncreas producen la hormona
proteica insulina mientras que las células B del páncreas elaboran la hormona glucagón; los linfocitos del sistema
inmunitario son las únicas células del organismo que generan anticuerpos mientras que los glóbulos rojos en
desarrollo son las únicas células que producen hemoglobina la proteína transportadora de oxígeno.
PANORAMA GENERAL DE LA EXPRESIÓN GÉNICA.
Decidir qué genes serán expulsados es un problema importante, en especial para los organismos multicelulares, ya
que a medida que el animal se desarrolla, los tipos celulares como las células musculares, nerviosas y sanguíneas se
diferencian entre sí, y conducen a la amplia variedad que se observa en el adulto. Esta diferenciación surge porque
las células expresan genes diferentes.
LOS DIFERENTES TIPOS CELULARES DE UN ORGANISMO MULTICELULAR
CONTIENEN EL MISMO ADN.
Las células tienen la capacidad de cambiar los genes que expresa sin alterar la secuencia nucleotídica de su ADN.
Las células del organismo por lo tanto difieren porque expresan los genes de manera diferencial.
DIFERENTES TIPOS CELULARES PRODUCEN DISTINTOS GRUPOS DE PROTEÍNAS.
El alcance de las diferencias en la expresión génica entre los diferentes tipos celulares se puede medir comparando la
composición proteica de la célula del hígado, el corazón el cerebro, y así sucesivamente, mediante la técnica de
electroforesis en gel bidimensional. estas proteínas consecutivas producen las proteínas estructurales de los
cromosomas las ARN polimerasas, las enzimas de reparación del ADN, las proteínas ribosómicas, las enzimas
involucradas en la Glucólisis, y otros procesos metabólicos básicos y muchas de las proteínas que forman el
citoesqueleto. Cada tipo celular diferente genera también proteínas especializadas que son responsables de las
propiedades celulares características. Muchas de las proteínas en una célula se producen en cantidades tan
pequeñas que no pueden detectarse por la electroforesis en gel. Se puede utilizar una técnica más sensible
denominada espectrometría de masa incluso para detectar proteínas raras y también puede proporcionar información
acerca de si las proteínas son modificadas covalentemente. Es la expresión de un grupo diferente de genes en cada
tipo celular lo que causa las grandes variaciones de tamaño, forma, comportamiento y funcionan las células
diferenciadas.
UNA CÉLULA PUEDE CAMBIAR LA EXPRESIÓN DE SUS GENES EN RESPUESTA A
LAS SEÑALES EXTERNAS.
La mayoría de las células especializadas en los organismos multicelulares son capaces de alterar sus patrones de
expresión génica en respuesta a señales extracelulares. Si se expone un hepatocito a una hormona glucocorticoidea
Se incrementa considerablemente la producción de diversas proteínas específicas. Los glucocorticoides se liberan en
el organismo Durante los periodos de inanición o de ejercicio intenso y le indican al hígado que incremente la
producción de glucosa a partir de aminoácidos y otras moléculas pequeñas. El grupo de proteínas cuya producción
es inducida incluso enzimas como la tirosinaminotransferasa que ayuda a convertir la tirosina en glucosa. Otros tipos
celulares responden a la glucocorticoides de modo diferente. En los adipocitos, la producción de
tirosinaminotransferasa esté reducida mientras que otros no responden a la glucocorticoides.
LA EXPRESIÓN GÉNICA PUEDE SER REGULADA EN MUCHAS ETAPAS EN LA VÍA
DEL ADN AL ARN Y A LA PROTEÍNA.
Existen muchas etapas en la vía que lleva del ADN en la proteína, y todas ellas en principio pueden ser reguladas. Una
célula puede controlar las proteínas que sintetiza
1)Controlando cuándo y con qué frecuencia se transcribe un gen
2)Controlando Cómo se recorta y se empalma o procesa de algún modo el transcripto de ARN.
3)Seleccionando cuales mARN se exportan del núcleo citosol.
4)Degradando en forma selectiva ciertas moléculas de mARN.
5) seleccionando Cuáles mARN son traducidos por los ribosomas o
6)Activando o inactivando en forma selectiva las proteínas después de su producción.
CAPÍTULO 11.
ESTRUCTURA DE LA MEMBRANA.
La membrana plasmática es una película lipídica tan delgada y transparente que no puede visualizarse con el
microscopio óptico. todas las células contienen una membrana que separa y protege sus componentes químicos del
medio externo. sin membranas no habría células y no habría vida. La estructura de la membrana plasmática se basa
en una lámina de moléculas lipídicas de un espesor de alrededor de 5 nm o 50 átomos. Para qué una célula pueda
sobrevivir y crecer es necesario que los nutrientes ingresen a través de la membrana plasmática y que los productos
de desecho sean expulsados hacia el exterior. Para facilitar este intercambio la membrana plasmática está atravesada
por canales y bombas muy selectivas (moléculas proteicas que permiten el ingreso de sustancias específicas y la
salida de otros compuestos) otras proteínas de la membrana plasmática actúan como sensores que posibilitan que
las células reciban información de los cambios en su entorno y respondan a ellos. Las propiedades mecánicas de la
membrana son descartables. Cuando una célula crece o cambia de forma también se modifica su membrana que
aumenta de superficie mediante el agregado de una mayor cantidad de membrana sin perder su continuidad y posee
la capacidad de deformarse sin romperse. En casos en los que la membrana sufre una perforación se repara con
rapidez. Las bacterias más simples tienen una sola membrana: la membrana plasmática. Las células eucariontes
poseen numerosas membranas internas que encierran los compartimientos intracelulares formando los diversos
orgánulos como el retículo endoplasmático, el complejo de Golgi y las mitocondrias. Estas membranas actuan como
barrera muy selectiva entre los espacios que contienen colecciones defendidas moléculas.
Todas las membranas celulares están compuestas por lípidos y proteínas y comparten una estructura fundamental
común. Los lípidos están organizados en dos láminas íntimamente adosadas que conforman una bicapa lipídica, está
bicapa proporciona la estructura básica de la membrana y actúa como Barrera de permeabilidad para la mayoría de
las moléculas hidrosolubles. las proteínas llevan a cabo la mayoría de las otras funciones de la membrana y confieren
características.
BICAPA LIPÍDICA.
La bicapa lipídica representa el elemento fundamental de la estructura de la membrana celular y sus propiedades
determinan las propiedades generales de todas las membranas celulares.
LOS LÍPIDOS
DE LAS MEMBRANAS FORMAN BICAPAS EN EL AGUA.
Los lípidos presentes en las membranas celulares combinan dos propiedades muy diferentes en una única molécula;
cada lípido posee una cabeza hidrófila (atrae el agua) y una o dos colas hidrocarbonadas hidrófobas (que repelen el
agua). Los lípidos más abundantes en las membranas son los fosfolípidos: moléculas que se caracterizan por tener
una cabeza hidrófila unida al resto del lípido mediante un grupo fosfato. El tipo más frecuente de fosfolípidos es la
fosfatidilcolina, que posee una pequeña molécula de colina unida a un grupo fosfato que actúa como cabeza hidrófila
y dos cadenas hidrocarbonadas largas que actúan como colas hidrófobas.
Las moléculas con propiedades hidrófilas e hidrófobas se denominan anfipáticas. esta propiedad química es
compartida por otros tipos de lípidos, cómo los esteroles y los glucolipidos, que poseen azúcares como parte integral
de la cabeza hidrófila. debido a que la membrana tiene elementos hidrófilos e hidrófobos, desempeña una función
importante en dirigir el ensamblado de estas moléculas de lípidos en forma de bicapas en un ambiente acuoso.
Las moléculas hidrofilas se disuelven con facilidad en el agua debido a que contienen átomos o grupos polares
cargados (grupos con una distribucion desigual de cargas positivas y negativas) estos atomos cargados pueden
formar uniones electrostáticas o uniones hidrogenadas con moléculas de agua.
Las moleculas hidrofobas son insolubles en agua debido a que la totalidad o casi la totalidad de sus átomos están
desprovistos de carga y no son polares, estas moléculas no pueden crear uniones con moléculas de agua. estos
átomos no polares obligan a las moléculas de agua vecina a reorganizarse y adoptar una estructura similar a la de una
jaula alrededor de la molecula hidrofoba. Las moléculas puramente hidrófobas, se fusionan y forman una gota única
de gran tamaño cuando se dispersan en el agua.
Las moléculas anfipaticas como los fosfolípidos, estan sujetas a dos fuerzas opuestas: la cabeza hidrofila es atraida
por el agua mientras que la cola hidrofoba rechaza el agua y tiende a agregarse a otras moléculas hidrofobas, La
bicapa lipidica es una solución que satisface a ambas partes y es ventajosa desde el punto de vista energetico. Las
cabezas hidrofilas quddan expuestas al agua en ambas superficies de la lamina de moléculas, las colas hidrofobas
quedan protegidas del agua y se ubican unas junto a las otras en el interkor del "sándwich"
Las fuerzas que determinan que las moleculas anfipaticas formen una bicapa son las que les confieren sus
propiedades de autosellado. cualquier solución en la bicapa genera un borde libre expuesto al agua. las moléculas de
la bicapa se reorganizan en forma espontánea eliminando el borde libre. si el desgarro de la membrana es pequeño,
este reordenamiento excluira las moléculas de agua y reparara a la bicapa. si la solución es grande la lamina puede
plegarse sobre sí misma y fragmentarse formando vesículas aisladas, el principio prevaleciente consiste en la
eliminación rápida de los bordes libres, esta eliminacion implica:que la unica manera que una lámina finita puede
evitar la presencia de bordes libres es mediante el curvado y el sellado que forma un espacio cerrado. Las moléculas
anfipáticas se ensamblan formando recipientes autosellados que definen compartimientos cerrados.
LA BICAPA LIPÍDICA ES UN FLUIDO BIDIMENSIONAL.
La membrana se comporta como un fluido bidimensional, el cual es esencial para su funcionalidad e integridad. esta
propiedad difiere de la flexibilidad: capacidad de curvatura de la membrana. La fluides de la bicapa lipidica puede
estudiarse con el uso de bicapas lipídicas sintéticas, que se obtienen con facilidad mediante la agregación
expontanea de moléculas lipidicas anfipáticas en un medio acuoso. En los estudios suelen utilizarse dos tipos de
bicapas lipidicas sintéticas. Las vesículas esféricas cerradas llamadas liposomas se obtienen mediante el agregado
de fosfolípidos puros al agua. tambien es posible formar bicapas de fosfolípidos planas. Estas bicapas artificiales
permiten mediciones precisas de desplazamientos de las moleculas lipidicas.
En las bicapas lipidicas sintéticas la molecula de fosfolipido rara vez pasan desde una monocapa a la otra. se estima
que en ausencia de proteínas que faciliten este proceso y en condiciones similares a las presentes en una célula, este
fenómeno -denominado "flip flop" - tiene lugar menos de una vez por mes para Cada molécula de lípidos. los cambios
térmicos determinan que las moleculas lipidicas presentes en el interior de una monocapa intercambien su lugar con
el de las moléculas vecinas. Este intercambio conduce a una difusión rápida de las moléculas en el plano de la
membrana. Si disminuye la temperatura se reduce la velocidad de desplazamiento de los lípidos y la fluidez de la
bicapa. Las moléculas de fosfolípido individuales presentes en el interior de las células se mantienen dentro de la
monocapa correspondiente y no están sujetas a un proceso de flip-flop espontáneo.
LA FLUIDEZ DE UNA BICAPA LIPIDICA DEPENDE DE SU COMPOSICIÓN.
El grado de fluidez de una bicapa lipídica a cierta temperatura depende de su composición fosfolipidica y de la
naturaleza de las colas hidrocarbonadas: Cuanto más regular y su compacto sea el agrupamiento de las colas, más
viscosas será la bicapa. El grado de compactación de las colas hidrocarbonadas en la bicapa lipídica depende de su
longitud y del número de enlaces que contienen.
La longitud menor de la cadena reduce la interacción de las colas hidrocarbonadas entre sí y aumenta la fluidez de la
bicapa.
La mayoría de los fosfolípidos contiene una cola hidrogenada con uno o más enlaces dobles entre los átomos de
carbono vecinos y una segunda cola hidrocarbonada que solo tienen enlaces simples. La cadena que posse un enlace
doble no contiene la máxima cantidad de átomos de hidrógeno que en principio podrian unirse al esqueleto de
átomos de carbono y por eso se considera insaturada con respecto a los átomos de hidrógeno. La cola de acidos
grasos sin enlaces dobles posse un complementó completo de átomos de hidrógeno (esta saturada). Cada enlace
doble en una cola insaturada determina un pequeno ensortijamiento de la cola hidrocarbonada que dificulta el
agrupamienyo estrecho de las colas entre si. Las bicapas que contienen un alto porcentaje de colas hidrocarbonadas
insaturadas son mas fluidas. En las celulas de bacterias y levaduras tanto la longitud como la insaturación de las
colas hidrocarbonadas de la bicapa lipidica experimentan un ajuste continuo qur mantiene un estsfo de fluidez
relativamente constante de la membrana.
En las celulas animales la fluidez de la membrana se debe al esterol colesterol.
La fluidez de la membrana es un factor importante en todas las celulas, permite que las proteinas difundan con
rapidez en elnplano de la bicapa y que interactuen entre si, dos fenomenos esenciales. Tambien permite qje los
lipidos y proteinas difundan desde los sitios en los que se insertan en el interior de la membrana lipidica despues de
su sintesis hacia otras regiones de las celulas, posibilita la fusion de las membranas entre si lo que permite que se
mezclen las respectivas moleculas y garanyiza que las moleculas de la membtana se distribuyan en forma equitativa
entre las celulas hijas despues de la división de una célula.
LA BICAPA LIPÍDICA ES ASIMÉTRICA.
Las membrana celulares por lo general son asimétricas y presentan un aspecto muy diferente en la cara expuesta al
interior de la célula.
Las dos Mitades de la bicapa muestran diferencias en cuanto a la composición de los fosfolipidos y glucolipidos.
La asimetría lipídica comienza en el momento de la síntesis de estos compuestos. En las células eucariontes la
síntesis de nuevas moléculas de fosfolípidos depende de enzimas unidas a la parte de la membrana del retículo
endoplasmático expuesta al citosol; estas enzimas utilizan como sustratos ácidos grasos disponibles en la mitad
interna de la bicapa (la monocapa citosólica) y liberan fosfolípidos sintetizados recientemente en esa misma
monocapa. para que la membrana pueda desarrollarse de manera uniforme es necesario que una parte de las
moléculas lipídicas se transfieran a la otra monocapa. Esta transferencia es catalizada por enzimas denominada
flipasas. En la membrana plasmática las flipasas transfieren moléculas de fosfolípidos específicas en forma selectiva.
LA ASIMETRÍA LIPÍDICA SE CONSERVA DURANTE EL TRANSPORTE DE MEMBRANA.
En las células eucariontes casi todo el proceso de síntesis de nueva membrana tiene lugar en el interior de un
compartimiento intracelular, el retículo endoplasmático. La membrana recien ensamblada se exporta a otras
membranas de la célula a través de un ciclo de gemación y fusion de la membrana: del RE se desprenden pequeñas
porciones de membrana que forman pequeñas vesiculas que lieho se incorporaran a otra membrana mediante un
proceso de fusión. Durante el proceso se mantiene la orientación de la bicapa en relación con el citosol (todas las
membranas celulares poseen una superficie "interna" y una superficie "externa"
La superficie citosolica siempre es adyacente al citosol y la superficie no citosolica esta expuesta al exterior de la
celula o al espacio interior de un organulo.
Los glucolipidos estan presentes exclusivamente en la mitad no citosolica de la bicapa. Los grupos azucares que los
componen estan expuestos al exterior de la celula, en donde forman parte de una cubierta protectora continua de
hidratos de carbono que rodea a casi todas las celulas animales. Las moléculas de glucolipidos adquieren sus grupos
azúcares en el complejo de golgi. Las enzimas que catalizan el agrehado de estos grupos se encuentran localizadas
en el interior del complejo de golgi, el agregado de azucares solo se produce e las moleculas de lipidos de la mitad no
citosolica de la bicapa lipidica.
Cuando una molécula de glucolipido llega finalmente a la membrana plasmática, se orienta en la dirección contraria al
citosol con el grupo azúcar opuesto en la parte exterior de la celula.
PROTEÍNAS DE MEMBRANA.
La bicapa lipídica actúa como una barrera de permeabilidad para el pasaje de las moléculas hacia ambos lados de la
membrana, la mayoría de las funciones de la membrana, depende de las proteínas de membrana. En los animales las
proteínas constituyen alrededor del 50% de la masa total de la mayor parte de las membranas plasmáticas, el 50%
restante Está compuesto por lípidos y una cantidad pequeña de hidratos de carbono.
Transportar nutrientes, metabolitos y iones a través de la bicapa lipídica, las proteínas de membrana cumplen otras
funciones. Algunas contribuyen al anclaje de la membrana a macromoléculas presentes en uno u otro lado de la
membrana. Otras actúan como receptores capaces de detectar señales químicas en el medio celular y transmitirlas al
interior de la célula, otras actúan como enzimas que catalizan reacciones específicas. Cada tipo de membrana puse
un conjunto diferente de proteínas.
LAS PROTEÍNAS DE MEMBRANA SE ASOCIAN CON LA BICAPA LIPÍDICA DE DIVERSAS
MANERAS.
1)Muchas proteínas de membrana se extienden a través de la bicapa de forma qué parte de su masa se localiza a
ambos lados de la membrana. Estas proteínas transmembrana tienen regiones hidrófobas e hidrófilas. Las regiones
hidrófobas se localizan en el interior de la bicapa, en contacto con las colas hidrófobas de las moléculas lipídicas. Las
regiones hidrófilas están expuestas al medio acuoso de ambos lados de la membrana.
2) otras proteínas de membrana se localizan en el citosol y se asocian con la lámina interna de la bicapa lipídica
mediante una hélice a anfipática expuesta en la superficie de la proteína.
3) algunas proteínas se encuentran por fuera de la bicapa y se unen a la membrana sólo mediante uno o dos grupos
lipídicos unidos por enlaces covalentes.
4) Otras proteínas están unidas de manera indirecta a una de las superficies de la membrana y se mantienen in situ
mediante interacciones con otras proteínas de membrana.
Las proteinas que se encuentran directamente unidas a la membrana, solo se puede eliminar por la rotura de la bicapa
lipidica con detergentes. Estas proteinas se conocen con el nombre de proteinas de membrana integrales. Las
proteinas de menbrana restantes se denominan proteinas de membrana periféricas y pueden separarse de la
membrana mediante procedimientos de extraccion relativamente delicados que interfieren sobre las interacciones
proteicas pero mantienen intacta la bicapa lipidica.
UNA CADENA POLIPEPTIDICA SUELE ATRAVESAR LA BICAPA LIPÍDICA ADOPTANDO LA
CONFORMACIÓN DE LA HÉLICE a.
Las porciones de una proteína transmembrana localizadas por fuera de la bicapa lipídica están conectadas mediante
segmentos especializados de la cadena polipeptídica que se extienden por todo el espesor de la membrana. Estos
segmentos deben atravesar el medio hidrofobo del interior de la bicapa lipídica y están compuestos sobretodo por
aminoácidos con cadenas laterales hidrofobas.
Los enlaces peptídicos que unen los aminoácidos sucesivos de una proteína normalmente son polares, lo que
determina que el esqueleto peptídico sea hidrófilo. Los átomos que componen el esqueleto polipeptidico forman
enlaces hidrogenados entre sí. La formación de enlaces hidrogenados es máxima si la cadena polipeptídica conforma
una helice a regular, de modo que la mayor parte de los segmentos de las cadenas polipeptídicas que abarcan todo el
espesor de la membrana atraviesan la bicapa como hélices a. En estas hélices a que abarcan el espesor de la
membrana los aminoácidos hidrófobos de las cadenas laterales están expuestos a la parte externa de la helice, en
donde entran en contacto con las colas lipidicas hidrófobas, mientras que los átomos presentes en el esqueleto
polipeptídico forman enlaces de hidrógeno entre sí del lado interno de la helice.
La cadena polipeptídica de muchas proteínas transmembrana atraviesa la membrana sólo una vez. Muchas de estas
proteínas actúan como receptores de señales extracelulares, otras proteínas transmembranas forman por acuosos
que permiten el pasaje de moléculas hidrosolubles a través de la membrana. Las proteínas con una sola hélice a
transmembrana uniformemente hidrofoba no poseen la capacidad de formar estos poros. Las proteínas
transmembrana que forman poros son más complejas, poseen una serie de hélices a que atraviesan varias veces la
bicapa. En muchas de estas proteínas 1 o más regiones transmembrana están formadas por hélices a. Las cadenas
laterales hidrofobas se localizan del lado de la helice expuesto a los lípidos de la membrana mientras que las cadenas
laterales hidrófilas se localizan del lado opuesto donde forman parte del revestimiento de un poro hidrófilo generado
por el agrupamiento de varias hélices adosadas que conforman un anillo en el interior del medio hidrofobo de la
bicapa lipídica.
La cadena polipeptídica de algunas proteínas transmembrana atraviesa la bicapa lipídica en forma de una lámina a
que se pliega con formando un cilindro a modo de barril denominado barril B. Las cadenas laterales de los
aminoacidos expuestos a la parte interna del barril que tapizan el canal acuoso, son hidrófilas, las cadenas expuestas
al exterior del barril entran en contacto con el nucleo hidrofobo de la bicapa lipidica y son hidrófobas. Un ejemplo de
la estructura de barril B esta representado por las proteinas denominadas porinas, que forman grandes poros
ocupados por agua en las membranas mitocondriales y bacterianas. Las mitocondrias y algunas bacterias estan
rodeadas por una doble membrana y las porinas permiten el paso de nutrientes e iones pequeños a través de las
membranas externas pero impiden el ingreso de moleculas de gran tamaño.
Los barriles B solo pueden formar canales anchos ya que la lamina B puede curvarse para formar el barril.
LA MEMBRANA PLASMÁTICA ESTÁ REFORZADA POR LA CORTEZA CELULAR.
La mayoría de las membranas celulares están reforzadas por un esqueleto proteico unido a la membrana mediante
proteínas transmembrana. La forma de las células y las propiedades mecánicas de la membrana plasmática están
determinadas por una malla de proteínas fibrosas, denominada corteza celular, que se une a la superficie citosolica de
la membrana. La corteza celular de los eritrocitos humanos es una estructura sencilla y regular. Los eritrocitos son
células pequeñas con una forma aplanada característica. El principal componente de la corteza de los eritrocitos es la
espectrina, una proteina con forma de bastón, larga, delgada y flexible de alrededor de 100 nm de longitud. La
espectrina forma una malla que sostiene la membrana plasmática y preserva la forma de la célula. La malla de
espectrina se une a la membrana mediante proteínas de adherencia intracelulares que la unen a proteinas
transmembrana especificas.
Las proteínas similares a la espectrina y a las proteínas de adherencias asociadas se encuentran presentes en la
corteza de la mayor parte de las células humanas, pero la corteza de estas células es mas compleja. En los eritrocitos
la función principal de la corteza consiste en proporcionar un soporte mecánico durante el bombeo de eritrocitos a lo
largo de los vasos sanguíneos, en las demás células del cuerpo la corteza es necesaria para que las células alteren su
morfología en forma activa y se desplacen, en muchas celulas la red cortical impide la difusion de proteinas dentro de
membrana.
LAS CÉLULAS PUEDEN LIMITAR EL MOVIMIENTO DE LAS PROTEÍNAS DE MEMBRANA.
Muchas de las proteínas de la membrana pueden desplazarse libremente dentro del plano de la bicapa lipídica. Este
proceso de difusión se puede demostrar mediante la fusión de una célula de ratón con una célula humana para
generar una célula híbrida y evaluar la distribución de las proteínas de membrana plasmática humanas y murinas.
Las células cuentan con medios para confinar proteínas de la membrana plasmática en zonas localizadas de la bicapa
lipídica, lo que conduce a la formación de regiones funcionalmente especializadas, o dominios de membrana.
Las proteinas pueden unirse a estructuras fijas localizadas en el exterior de la célula.
Las células pueden generar barreras que confinen a ciertos componentes de la membrana particulares en un dominio
de membrana. En las células epiteliales que tapizan el intertino es importante que las proteínas transportadoras que
participen en la captación de nutrientes desde la luz intestinal permanezcan confinadas en la superficie apical de la
célula (superficie expuesta) y que otras proteinas participan en el transporte de solutos desde el interior de las celulas
epiteliales hacia los tejidos y la circulación sanguinea permanezcan confinadas en las superficies basal y lateral de
las células. Esta distribución irregular de las proteínas de membrana se mantienen por la presencia de una barrera
formada a lo largo de la linea de union entre las celulas vecinas mediante las llamadas uniones ocluyentes o
estrechas. En esye nivel hay proteinas de adherencia especializadas que conforman un cinturon continuo alrededor
de la célula en el sitio de union con las células circundantes y sellan el espacio entre las membranas celulares
vecinas.
LA SUPERFICIE DE LA CÉLULA ESTÁ RECUBIERTA DE HIDRATOS DE CARBONO.
Casi todas las proteínas de la membrana plasmática están unidas a cadenas cortas de azúcares denominados
oligosacáridos y se designan con el nombre de glucoproteínas. Otras proteínas de membrana se unen a uno o más
cadenas largas de polisacáridos y se conocen con el nombre de proteoglucanos. Todos los hidratos de carbono
presentes en las glucoproteínas, los proteoglucanos y los glucolípidos se ubican en un mismo lado de la membrana,
el lado no citosolico, en donde forman una cubierta de azúcares denominada capa de hidratos de carbono.
La capa de hidratos de carbono constituye una cubierta ubicada por encima de la bicapa lipídica que contribuye a
proteger la superficie de la célula de agresiones mecánicas y químicas. Los oligosacaridos y los polisacáridos de esta
capa absorben agua, confieren a las células una superficie viscosa. Esta cubierta ayuda a que las células móviles
cómo los leucocitos puedan desplazarse a través de pasajes estrechos e impide que las células sanguíneas se
adhieran entre si o a las paredes de los vasos. Los hidratos de carbono de la superficie celular cumplen funcion de
proteger y lubricar las células, además desempeñan una función importante en los procesos de reconocimiento y
adhesión entre las células.
Algunas proteinas llamadas lectinas se especializan en reconocer cadenas laterales de oligosacáridos específicas y
en unirse a ellas. Las cadenas laterales de oligosacáridos de las glucoproteínas y los glucolípidos son cortas (menos
de 15 unidades de azúcar) pero muy diversas. Los azúcares pueden unirse entre sí de diversas maneras y en
diferentes secuencias y a menudo forman cadenas de oligosacáridos ramificadas, tres grupos azúcares pueden
unirse entre si mediante una cantidad de enlaces covalentes para formar trisacaridos distintos.
En un organismo pluricelular, la capa de hidratos de carbono puede compararse con un uniforme distintivo que
caracteriza a las células especializadas en una función determinada y es reconocida por otras células con las que
interactúan. Por ej: algunos oligosacaridos ayudan al reconocimiento del óvulo por él espermatozoide. Estos
compuestos también participan en respuestas frente a infecciones por ej: en los estadios tempranos de una infección
bacteriana los hidratos de carbono que están en la superficie de los leucocitos denominados neutrófilos son
reconocidos por una lectina presente en la superficie de las células que revisten los vasos sanguíneos en el sitio de la
infección.
Este proceso de reconocimiento determina que los neutrófilos se adhieran a la pared de los vasos sanguíneos para
después migrar desde el torrente sanguíneo y dirigirse hacia los tejidos infectados, en donde ayudan a erradicar las
bacterias invasoras.
Las glucoproteinas son miembros importantes de la familia de proteínas transmembrana.
CAPÍTULO 12.
TRANSPORTE DE MEMBRANA.
El transporte de solutos depende de proteínas transportadoras de membrana que se distribuyen a lo largo de todo el
espesor de la membrana y forman canales a través de la bicapa lipídica que permiten el paso de determinadas
sustancias. Las células también poseen la capacidad de transportar selectivamente macromoléculas como las
proteínas a través de sus membranas.
Las proteínas transportadoras tienen partes móviles y son capaces de desplazar pequeñas moléculas de un lado a
otro de la membrana mediante la modificación de su conformación. Estas proteínas pueden transportar pequeñas
moléculas orgánicas o iones inorgánicos. Las proteínas de canal forman poros hidrofilos diminutos en la membrana a
través de los cuales pueden pasar los solutos por un proceso de difusión. La mayoría de las proteínas de canal sólo
permiten el paso de iones inorgánicos por este motivo se denominan canales iónicos, poseen carga eléctrica, sus
movimientos pueden generar fuerzas eléctricas de gran magnitud a través de la membrana.
LAS CONCENTRACIONES DE IONES EN EL INTERIOR DE UNA CÉLULA SON MUY
DIFERENTES DE LAS PRESENTES EN EL EXTERIOR DE LA CÉLULA.
Los iones inorgánicos como el Na+, K+, Ca²+, Cl- y H+ (protones) son los solutos más abundantes del entorno celular
y sus desplazamientos a través de las membranas celulares desempeñan una función central en numerosos
procesos.
El Na+ es el ion con carga positiva (catión) más abundante en el exterior de las células, mientras que él K+ es el ion
más abundante en el interior. Para que una célula no sea destruida por las fuerzas eléctricas es necesario que la
cantidad de cargas positivas presente en su interior se equilibre con una cantidad casi idéntica de cargas negativas.
La concentración elevada de Na+ en el exterior de la célula equilibra con él Cl- extracelular. La concentración elevada
de K+ en el interior de la célula se equilibra con varios iones de carga negativa (aniones) intracelulares.
Esta distribución desigual de los iones en el interior y el exterior de las células es controlada por la actividad de las
proteínas de transporte de membrana y por las características de permeabilidad de la bicapa lipídica.
LAS BICAPAS LIPÍDICAS SON IMPERMEABLES A LOS SOLUTOS Y A LOS IONES.
En el interior hidrófobo de la bicapa lipídica Crea una barrera para el paso de la mayoría de las moléculas hidrófilas
incluidos los iones. Estas moléculas son tan reluctantes a ingresar en un medio graso como las moléculas hidrófobas
lo son a ingresar en un medio acuoso. Si transcurre un tiempo suficiente, cualquier molécula se difundirá a través de
una bicapa lipídica. La velocidad de este proceso varía según el tamaño y las características de solubilidad de la
molécula. Cuánto menor sea el tamaño de la molécula y mayor sea la solubilidad en aceite (cuanto mas hidrófoba o no
polar sea) mayor será su velocidad de difusión a través de la membrana.
1) las moléculas no polares pequeñas se disuelven con rapidez en la bicapa lipídica y difunden con facilidad a través
de ella, está permeabilidad a los gases es una propiedad para los procesos de respiración celular.
2) las moléculas polares sin carga también difunden con rapidez a través de la bicapa lipídica si su tamaño es lo
suficientemente pequeño. El agua y el etanol atraviesan la membrana con relativa facilidad, el glicerol difunde con
menor facilidad y la glucosa atraviesa la membrana con mucha lentitud o no puede hacerlo.
3) las bicapas lipídicas son muy impermeables a todos los iones y moléculas cargadas por más pequeñas que sean.
La carga de las moléculas y la fuerte atracción eléctrica que ejercen sobre las moléculas de agua impiden que estos
elementos ingresen en la fase hidrocarbonada de la bicapa.
Las membranas celulares permiten el paso del agua y las moléculas no polares pequeñas mediante la difusión simple
para que las células puedan incorporar nutrientes y eliminar desechos es necesario que las membranas permitan el
paso de muchas otras moléculas como iones,azúcares, aminoácidos, nucleótidos y diversos metabolitos celulares.
LAS PROTEÍNAS DE TRANSPORTE DE MEMBRANA PERTENECER A DOS CLASES:
PROTEÍNAS TRANSPORTADORAS Y PROTEÍNAS DE CANALES.
Cada proteína determina una vía de paso particular a través de la membrana para una clase determinada de molécula.
La mayoría de estas vías proteicas son selectivas y sólo permiten el paso de ciertos miembros de una clase de
moléculas dada; algunas vías permiten el paso del Na+ pero no del K+ Mientras que otras permiten el paso del K+
pero no del Na+. El conjunto de proteínas de transporte presente en la membrana plasmática o en la membrana de un
orgánulo intracelular determina con precisión Cuáles son los solutos que pueden ingresar o egresar.
Las proteínas de transporte de membrana pueden dividirse en dos clases principales: proteínas transportadoras y
proteínas de canal. La diferencia radica en la forma en la que discriminan los solutos para transportar algunos y no
otros. El mecanismo de discriminación de las proteínas de canal se basa sobre todo en el tamaño y la carga eléctrica
de la molécula: sí el canal está abierto toda la molécula lo suficientemente pequeña que posea la carga adecuada
podrá pasar como si tratara de pasar a través de una puerta vaivén estrecha. La proteína transportadora sólo permite
el paso de solutos que encajen en un sitio de Unión de la proteína y luego transfiere estas moléculas a través de la
membrana de a una por vez (actua como un molinete). Las proteínas transportadoras fijan solutos con un grado alto
de especificidad mediante un mecanismo comparable con el de la fijación de una enzima a su sustrato y la
especificidad de esta fijación es lo que convierte al transporte en selectivo.
LOS SOLUTOS ATRAVIESAN LAS MEMBRANAS MEDIANTE TRANSPORTE PASIVO O
TRANSPORTE ACTIVO.
La dirección del transporte depende en gran medida de la concentración relativa del soluto a ambos lados de la
membrana. Las moléculas fluyen desde un sitio de concentración alta hacia otro de concentración baja en forma
espontánea. Estos desplazamientos se consideran pasivos porque no requieren otra fuerza impulsora. Por ej: un
soluto se encuentra presente en mayor concentración en el exterior que en el interior de la célula y la membrana
contiene una proteína de canal a una proteína transportadora apropiadas, el soluto se desplazará en forma
espontánea a través de la membrana hacia el interior celular por transporte pasivo (proceso de difusión facilitada) sin
gasto de energía por parte de la proteína de transporte.
Para desplazar un soluto en contra de un gradiente de concentración es necesario que la proteína de transporte
realice un trabajo (debe impulsar el flujo) "cuesta arriba" recurriendo a otros procesos que aporten energía. Este tipo
de transferencia de solutos a través de la membrana se denomina transporte activo y sólo los llevan a cabo tipos
especiales de proteínas transportadoras capaces de aprovechar alguna fuente de energía para promover el proceso
de transporte. Dirigen el transporte de solutos en contra de su gradiente de concentración, muchas de estas proteínas
transportadoras se denominan Bombas.
PROTEÍNAS TRANSPORTADORAS Y SUS FUNCIONES.
Las proteínas transportadoras son necesarias para el transporte a través de la membranas celulares de casi todas las
moléculas orgánicas pequeñas. Cada proteína transportadora es muy selectiva y con frecuencia transporta un solo
tipo de molécula. Cada membrana celular contiene un conjunto de proteínas transportadoras distinto que le es propio
lo que le permite dirigir e impulsar el complejo tránsito de moléculas pequeñas hacia el interior y el exterior de las
células y entre el citosol y los diversos orgánulos revestidos de membrana.
EL TRANSPORTE PASIVO PUEDE SER IMPULSADO POR GRADIENTES DE CONCENTRACIÓN
Y POR FUERZAS ELÉCTRICAS.
Los solutos pueden atravesar la membrana mediante el transporte pasivo o el transporte activo y las proteínas
transportadoras pueden facilitar ambos tipos de procesos.
Las proteínas transportadoras que permiten el flujo de un soluto pero no determinan su dirección, facilitan el
transporte pasivo. este proceso es muy selectivo dado que los sitios de Unión del transportador de glucosa sólo fijan
D-glucosa y no por ej: L-glucosa, la que no puede ser utilizada por las células en el proceso de glucolisis.
En el caso de la glucosa, una molécula sin carga, la dirección del transporte pasivo está determinada únicamente por
el gradiente de concentración. En el caso de las moléculas con carga eléctrica, sean iones orgánicos de pequeño
tamaño o iones inorgánicos, se suma otra fuerza impulsora. La mayoría de las membranas celulares poseen un voltaje
a través de ellas que se conoce Como potencial de membrana. Esta diferencia de potencial ejerce una fuerza sobre
cualquier molécula portadora de una carga eléctrica. El lado citoplasmático de la membrana presenta un potencial
negativo en relación con el exterior y esta fuerza tiende a impulsar solutos de carga positiva hacia el interior de la
célula y solutos de carga negativa hacia el medio extracelular. Todo soluto con una carga eléctrica también tenderá a
desplazarse en la dirección determinada por el gradiente de concentración.
La fuerza neta que impulsa un soluto cargado a través de la membrana es la resultante de dos fuerzas: una generada
por el gradiente de concentración y otra generada por el voltaje a través de la membrana. Esta fuerza impulsora neta
se denomina gradiente electroquímico de un soluto dado. Este gradiente determina la dirección de transporte pasivo a
través de la membrana.
El Na+ posee una carga positiva, en una concentración mayor en el exterior que en el interior de las células. El Na+
tiende a ingresar en las células apenas se les presenta la oportunidad. Si los gradientes de voltaje y concentración
ejercen efectos Opuestos, el gradiente electroquímico resultante puede ser de escasa magnitud.
El K+, un ión con carga positiva cuya concentración es mucho mayor en el interior que en el exterior de las células.
Debido a estas fuerzas opuestas el gradiente electroquímico a través de la membrana para el K+ es de baja magnitud
a pesar del gradiente de concentración elevado, lo que implica que el desplazamiento neto de K+ a través de la
membrana también será de escasa magnitud.
EL TRANSPORTE ACTIVO MOVILIZA SOLUTOS EN CONTRA DE SUS GRADIENTES
ELECTROQUÍMICOS.
El transporte activo de solutos en contra del gradiente electroquímico es esencial para el mantenimiento de la
composición iónica intracelular y para importar solutos que se encuentran en una menor concentración en el exterior
que en el interior de las células. Existen tres mecanismos principales de transporte activo a través de la membrana
celular: los transportadores acoplados asocia el transporte "cuesta arriba" de un soluto con el transporte "cuesta
abajo" de otro soluto, 2) las bombas impulsadas por ATP acopla el transporte "cuesta arriba" de un soluto con la
hidrólisis de ATP y 3) las bombas impulsadas por la luz, presentes sobre todo en las células bacterianas, acoplan el
transporte "cuesta arriba" de un soluto con un impulso energético luminoso.
En la membrana plasmática de una célula animal una bomba impulsada por ATP transporta el Na+ hacia el exterior de
una célula en contra de su gradiente electroquímico Y luego el Na+ reingresa en la célula favor de su gradiente. Los
iones Na+ fluyen mediante transportadores acoplados al Na+, el ingreso de Na+ en el interior de la célula impulsa el
pasaje activo de otras sustancias hacia el interior celular en contra de sus respectivos gradientes electroquímicos. Si
la bomba de Na+ dejará de funcionar, el gradiente de Na+ desaparecería en un lapso breve y el transporte por
transportadores acoplados al Na+ se interrumpiría. la bomba de Na+ impulsada por ATP es vital para el transporte de
membrana en las células animales.
LAS CÉLULAS ANIMALES UTILIZAN LA ENERGÍA DERIVADA DE LA HIDRÓLISIS DEL ATP
PARA BOMBEAR Na+ HACIA EL EXTERIOR.
En las células animales la bomba de Na+ impulsada por ATP hidroliza el ATP formando ADP y transportando Na+
hacia el medio extracelular; esta bomba no solo actúa como proteína transportadora sino también como enzima
(ATPasa). La proteína acopla el transporte de Na+ hacia el exterior de la células con un mecanismo de transporte de
K+ hacia el interior. Por este motivo esta bomba se conoce con el nombre de Na+ ATPasa o bomba de Na+ -K.
LA BOMBA DE Na+ -K ES IMPULSADA POR EL AGREGADO TRANSITORIO DE UN GRUPO
FOSFATO.
El Na+ se fija a la bomba en sitios expuestos en el interior de la célula (paso 1) y este mecanismo activa la ATPasa. La
hidrólisis del ATP determina la liberación de ADP y transferencia de un grupo fosfato que forma un enlace de alta
energía con la bomba, la bomba se autofosforila (paso 2). La fosforilación determina que la bomba modifique su
conformación y libere Na+ en la superficie exterior de la célula y exponga un sitio fijador del K+ en esa misma
superficie (paso 3). La fijación del K+ extracelular desencadena la eliminación del grupo fosfato (desfosforilación,
pasos 4-5) lo que determina que la bomba recupere su conformación inicial y descargue el K+ en el interior de la
célula (paso 6). A continuación puede repetirse el ciclo.
LA BOMBA DE Na+ -K CONTRIBUYE AL MANTENIMIENTO DEL EQUILIBRIO OSMÓTICO DE
LAS CÉLULAS ANIMALES.
El desplazamiento del agua desde una región con baja concentración de soluto hacia una región con alta
concentración se denomina ósmosis. Las células contienen en sus membranas canales de agua especializados
denominadas acuaporinas que facilitan este flujo. La fuerza que impulsa el desplazamiento del agua equivale a la
diferencia de la presión del agua y se designa con el nombre de presión osmótica. En ausencia de otra presión que la
contrarreste, el desplazamiento osmótico de agua hacia el interior de las células provocará la dilatación celular.
Las células deben realizar un trabajo incesante para bombear solutos indeseables hacia el exterior y mantener el
equilibrio osmótico. Esta función depende sobre todo de la bomba de Na+-K, que expulsa de la célula el Na+ que se
fuga hacia el interior. La bomba de Na+-K contribuye a mantener el potencial de membrana, este potencial tiende a
evitar el ingreso del Cl-, que posee una carga negativa y necesitaría desplazarse en contra del gradiente eléctrico
generado por la bomba para ingresar a la célula.
La ósmosis junto con el transporte activo de iones hacia el interior de la célula, determina una presión de turgencia
que mantiene a las células vegetales distendidas con agua y con la pared tensa.
LOS GRADIENTES FAVORECEN QUE LOS TRANSPORTADORES ACOPLADOS CAPTEN
NUTRIENTES EN FORMA ACTIVA.
Los transportes acoplados pueden acoplar los movimientos de un ión inorgánico con los de otros ión inorgánico, los
movimientos de un ión orgánico con los de uno inorgánico. Si el transportador desplaza ambos solutos en la misma
dirección a través de la membrana denominada simportador. Si los desplazan en direcciones opuestas recibe el
nombre de antiportador. Una proteína transportadora como el transportador pasivo de glucosa que sólo traslada un
tipo de soluto a través de la membrana se denomina uniportador.por ej: las células epiteliales.
Estas células también cuentan con un simportador de glucosa-Na+ que les permite captar glucosa por transporte
activo desde la luz intestinal incluso cuando la concentración de glucosa sea mayor en el interior de las células que
en la luz intestinal.
Si las células epiteliales gastrointestinales tuvieran sólo este simportador no podrían liberar glucosa de modo que
fuera utilizada por otras células del cuerpo. Estas células poseen dos tipos de transportadores de glucosa. En el
dominio apical de la membrana plasmática, orientado hacia la luz intestinal tienen simportadores de glucosa -Na+ que
captan glucosa en forma activa y determinan una concentración de glucosa elevada en el citosol. En los dominios
basal y lateral de la membrana plasmática hay uniportadores de glucosa pasivos que liberan la glucosa en respuesta
a un gradiente de concentración de modo que puedan utilizarla otros tejidos del cuerpo. Ambos tipos de
transportadores de glucosa se mantienen separados en sus respectivos dominios de la membrana plasmática por la
presencia de una barrera de difusión formada por una Unión ocluyente o estrecha alrededor del vértice de la célula, la
que impide que los componentes de la membrana pasen de un dominio a otro.
CANALES IÓNICOS Y POTENCIAL DE MEMBRANA.
Una pequeña cantidad de proteínas de canal pueden formar poros relativamente Grandes como las proteínas que
forman iones comunicantes (Gap) entre dos células vecinas y las porinas que forman canales en la membrana externa
de las mitocondrias y algunas bacterias. Estos canales tan grandes y permisivos conducirían a fugas catastróficas si
conectarán directamente al citosol de una célula con el espacio extracelular. La mayoría de las proteínas de canal
presentes en la membrana plasmática de las células animales y vegetales son diferentes y poseen por los estrechos y
altamente selectivos.
LOS CANALES IÓNICOS SON SELECTIVOS PARA LOS DISTINTOS IONES Y ESTÁN
REGULADOS.
Los canales iónicos poseen selectividad iónica que determina que pasen algunos iones inorgánicos pero no otros. La
selectividad depende del diámetro y la conformación de los canales iónicos y de la distribución de los aminoácidos
cargados que los revisten: en algunos sitios estos canales son lo suficientemente estrechos para que los iones entren
en contacto con la pared del Canal, lo que implica que puedan pasar sólo los iones de tamaño y carga apropiados. En
las soluciones acuosas todos los iones están rodeados por una pequeña cubierta de molécula de agua y para poder
pasar de a uno por vez a través del filtro selectivo de la porción más estrecha del canal deben perder la mayor parte
de las moléculas de agua asociadas.
A medida que aumenta la concentración de los iones, su flujo a lo largo de un canal en un primer momento aumenta
en relación directamente proporcional, pero después se estabiliza (se satura) a una velocidad máxima.
La segunda diferencia importante entre los poros acuosos simples y los canales iónicos consiste en que estos
últimos no están continuamente abiertos. Los canales iónicos se abren durante un lapso breve para luego volver a
cerrarse. la apertura y el cierre de la "compuerta" de la mayoría de los canales iónicos están regulados por distintos
factores. Los canales iónicos no pueden acoplar el flujo iónico con una fuente de energía para llevar a cabo un
transporte activo. la función de la mayor parte de los canales iónicos consiste meramente en inducir la permeabilidad
transitoria la membrana a determinados iones orgánicos, principalmente Na+, K+, Ca+² o Cl-, y permitir que estos
iones difundan con rapidez a través de la membrana en respuesta a sus gradientes electroquimicos cuando las
compuertas de los canales iónicos se encuentran abiertas. Gracias al transporte activo las concentraciones de iones
nunca son idénticas a ambos lados de la membrana.
El flujo de iones modifica el voltaje a través de la membrana lo que también altera las fuerzas electroquimicas
impulsoras del movimiento transmembrana de todos los otros iones. El flujo también induce la apertura y el cierre de
otros canales iónicos sensibles a las modificaciones del potencial de membrana.
El potencial de membrana representa el elemento fundamental de toda la actividad eléctrica de las células.
LOS CANALES IÓNICOS FLUCTÚAN EN FORMA ALEATORIA ENTRE LOS ESTADOS ABIERTO
Y CERRADO.
El principal método utilizado para estudiar los desplazamientos de iones y los canales iónicos en las células vivas
consiste en la medición de las modificaciones de la corriente eléctrica. El procedimiento utilizado se conoce con el
nombre de registro de zona y permite obtener una imagen directa y notable del comportamiento de cada canal iónico.
El uso del circuitos electrónicos apropiados también permite regular y mantener el voltaje a través de la zona de
membrana en cualquier valor seleccionado, la posibilidad de exponer las membranas a diferentes voltajes permite
estudiar la forma en la que los cambios del potencial de membrana afectan la apertura y el cierre de los canales
presentes en la membrana.
Si los canales iónicos fluctúan de modo aleatorio entre los estados abierto y cerrado aún cuando se mantengan
constantes las condiciones a ambos lados de la membrana
¿de qué manera el estado de los canales iónicos puede
ser regulado por condiciones intracelulares o extracelulares?
Cuando las condiciones se modifican el
comportamiento aleatorio continúa, pero el espectro varía en grado significativo: si las alteraciones de las
condiciones tienden a favorecer el estado de apertura, el canal permanecerá en una conformación abierta durante un
período mucho más prolongado, aunque no en forma continua. Cuando un canal iónico se abre, la apertura es
compleja y cuando se cierra también lo hace completamente.
DISTINTOS TIPOS DE ESTÍMULOS AFECTAN LA APERTURA Y EL CIERRE DE LOS CANALES
IÓNICOS.
Los canales iónicos se diferencian uno de otro principalmente en lo que se respecta a: 1) la selectividad iónica es el
tipo de iones que permiten pasar y 2) La regulación (gating), es decir, las condiciones que determinan la apertura y el
cierre del canal. Un canal regulado por voltaje la probabilidad de que se encuentre abierto depende el potencial de
membrana. En el caso de un canal regulado por ligando la probabilidad de que se encuentre abierto depende de la
Unión de una molécula (el ligando) a la proteínas de canal. En el caso de un canal activado por estrés la apertura es
controlada por una fuerza mecánica ejercida sobre el canal.
LOS CANALES IÓNICOS REGULADOS POR VOLTAJE RESPONDEN AL POTENCIAL DE
MEMBRANA.
Los canales iónicos regulados por voltaje poseen dominios proteicos con cargas especializados que reciben el
nombre de sensores de voltaje y que son sumamente sensibles a las modificaciones del potencial de membrana: toda
la alteración de este potencial por arriba de cierto umbral ejerce una fuerza sobre estos dominios proteicos de
magnitud suficiente como para inducir el paso del Canal de la conformación cerrada a la abierta o viceversa. Un
cambio del potencial de membrana no afecta la amplitud de la apertura del Canal sino que modifica la probabilidad de
que el canal esté abierto.
El potencial de membrana Sencillamente es controlado por los propios canales iónicos y varía en respuesta a la
apertura y el cierre de estos canales. Este circuito de control compuesto por canales iónicos
———> potencial de
membrana
———>canales iónicos es un elemento fundamental para todos los procesos de señalización eléctrica en
las células.
EL POTENCIAL DE MEMBRANA ESTÁ GOBERNADO POR LA PERMEABILIDAD DE LA
MEMBRANA A IONES ESPECÍFICOS.
Las cargas negativas de las moléculas orgánicas confinadas en el interior de la célula son equilibradas en gran
medida por el K+, el ión que predomina en el medio intracelular. La concentración intracelular elevada de K+ es
generada en parte por la bomba de Na+-K, que bombea en forma activa el K+ hacia el interior de la célula. Este
fenómeno determina una diferencia importante de concentración para el K+ a través de la membrana plasmática, con
una concentración de K+ mucho mayor en el interior de las células que en el exterior. sin embargo, la membrana
plasmática también contiene un conjunto de canales de K+ conocidos con el nombre de canales de fuga de K+. Estos
fluctúan en forma aleatoria entre los estados abierto y cerrado, independientemente de las condiciones presentes en
el interior o el exterior de las células y cuando están abiertos, permiten el libre desplazamiento del K+. En una célula
en reposo estos canales representan los principales canales iónicos abiertos en la membrana plasmática, lo que
determina que la membrana plasmática en reposo sea mucho más permeable al K+ que a otros iones.
El potencial de membrana en reposo es el potencial de membrana imperante en esta condición de equilibrio en la que
el flujo de iones positivos y negativos a través de la membrana plasmática se encuentra exactamente equilibrado, por
lo tanto, no se acumulará ninguna diferencia de carga adicional a través de la membrana.
Una fórmula sencilla conocida como ecuación de nernst expresa el equilibrio en forma cuantitativa y permite calcular
el potencial de membrana en reposo teórico, siempre que se conozca la relación de concentraciones iónicas entre el
interior y el exterior de la célula.
El hecho de que los procesos eléctricos de la membrana plasmática se produzcan con mucha mayor rapidez que los
cambios de las concentraciones globales de los iones determina que en el corto plazo el factor de mayor importancia
para el control del potencial de membrana esté representado por los canales iónicos.
CANALES IÓNICOS Y TRANSMISIÓN DE SEÑALES EN LAS CÉLULAS NERVIOSAS.
La función Fundamental de una célula nerviosa consiste en recibir, conducir y transmitir señales. En el sistema
nervioso central las señales se transmiten de una neurona a otra mediante redes de enorme complejidad que permiten
que el cerebro y la médula espinal analicen e interpreten las señales provenientes de los órganos de los sentidos para
luego responder a ellas en forma apropiada. Las neuronas proyectan prolongaciones hacia la periferia a fin de
transmitir señales que controlan la actividad de los músculos y las glándulas. Todas las neuronas están compuestas
por un cuerpo celular del cual irradia hacia la periferia una cantidad variable de extensiones finas y largas, una
neurona posee un axón largo que conduce las señales desde el cuerpo celular hacia células Diana más alejadas, y
varias prolongaciones ramificadas más cortas denominadas dendritas que se extienden desde el cuerpo celular como
antenas y aumentan la superficie disponible para recibir señales provenientes de los axones de otras neuronas. El
extremo distal del axón se subdivide en numerosas ramas y cada una de estas ramas a su vez finaliza en una
terminación nerviosa de manera que el mensaje enviado por una neurona puede transmitirse en forma simultánea a
muchas células dianas que pueden ser otras neuronas o células musculares o glandulares. Las dendritas pueden
presentar ramificaciones muy extensas. El formato de la señal es siempre el mismo y consiste en cambios del
potencial eléctrico a través de la membrana plasmática de la neurona.
Los potenciales de acción permiten una comunicación.
Una neurona es estimulada por una señal, en general procedente de otra neurona, transmitida a una región localizada
de su superficie. Esta señal induce una modificación del potencial de membrana en el sitio estimulado. No obstante,
para poder seguir transmitiendo la señal, la alteración del potencial de membrana debe propagarse desde esta región,
localizada sobre una dendrita o sobre el cuerpo celular, hacia las terminaciones adónicas, las que transmiten la señal
a otras neuronas de la vía nerviosa. Si bien un cambio local del potencial de membrana se propagara en forma pasiva
a lo largo de un axón o una dendrita hacia regiones vecinas de la membrana plasmática, este potencial eléctrico se
debilita con rapidez a medida que se aleja del sitio de origen. En caso de distancias cortas este debilitamiento no
reviste mayor importancia, pero para la comunicación a larga distancia esta
propagación pasiva es
inapropiada. Las
neuronas tienen un mecanismo de señalización activo: un estímulo local que posee una fuerza suficiente
desencadena una explosión de actividad eléctrica en la membrana plasmática que se propaga con rapidez a lo largo
de la membrana adónica y se mantiene mediante un refuerzo automático durante todo el trayecto , esta onda
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