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FG U2 Fisiología Celular

Organización, estructura, componentes, sistemas funcionales de la célula
by

Héctor Esparza Leal

on 28 July 2016

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Transcript of FG U2 Fisiología Celular

La célula no es una simple bolsa de fluidos, enzimas y químicos. Contiene estructuras altamente organizadas llamadas organelos. Para su funcionamiento, su estructura física es tan importante como los elementos químicos. Por ejemplo, sin uno de los organelos -la mitocondria- el 95% de la energía cesaría inmediatamente.

Estructuras membranosas de la célula
Los lípidos de las membranas forman una barrera que impide el movimiento de agua y de sustancias solubles en ella de un compartimiento a otro, sin embargo, moléculas proteicas a menudo penetran toda la membrana conformando vías especializadas en forma de poros para el paso de sustancias específicas.

Membrana celular
Es una delgada capa de aprox. 10 nm de espesor, su estructura básica es una bicapa fosfolipídica -cada capa lipídica es hidrofóbica mientras que cada capa de fosfatos es hidrofílica-. Las porciones hidrofóbicas tienden a ser repelidas por los líquidos extra e intracelulares, además de atraerse entre ellas mismas, lo que le permite a las membranas mantener su estructura física. La matríz lipídica es impermeable a sustancias solubles en agua como iones, glucosa y urea, mientras que otras sustancias liposolubles como el oxígeno, dióxido de carbono y el alcohol la penetran fácilmente.
Cada una de los 100 trillones de células en el organismo puede sobrevivir por meses o años mientras el líquido que le rodea contenga los nutrientes apropiados. La célula tiene dos partes principales:
núcleo y citoplasma
, ambos rodeados por una membrana. Las diferentes estructuras que componen a la célula se conocen en conjunto como proteoplasma. A su vez este se compone de
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sustancias básicas:
agua, iones, proteínas, lípidos y carbohidratos.

A) AGUA:
es el principal fluido en la célula -excepto en adipocitos- se encuentra en concentraciones de 70-85%. Muchos químicos celulares están disueltos o suspendidos en el agua. Las reacciones químicas tienen lugar entre los químicos disueltos, la superficie de las partículas suspendidas o en las membranas.

B) IONES
: los más importantes son: potasio, magnesio, sulfato, fosfato, bicarbonato, sodio, cloro, calcio. Los iones proveen químicos orgánicos para las reacciones celulares y la operación de mecanismos de control celular.

T1. ORGANIZACIÓN CELULAR
T2. ESTRUCTURA FÍSICA DE LA CÉLULA
C) Proteínas:
constituyen del 10-20% de la masa celular, existen dos tipos: estructurales y funcionales.
Las estructurales
en forma de largos filamentos usados para construir microtúbulos que proveen el citoesqueleto de estructuras como organelos, cilios, axones, células en división, etc.
Las funcionales,
compuestas de moléculas tubulos-globulares, principalmente enzimas móviles, que se adhieren a las estructuras membranosas de la célula y catalizan algunas reacciones químicas.

D) Lípidos:
son sustancias solubles en solventes grasos y representan el 2% de la masa celular; los principales son los fosfolípidos y el colesterol. Por su insolubilidad en agua se emplean para constituir la membrana celular y otras membranas que separan diferentes compartimentos. Algunas células contienen grandes cantidades de triglicéridos, también llamados grasas neutras; en los adipocitos representan hasta el 95% del peso celular. Esta grasa es la principal fuente de energía que puede ser disuelta y usada en cualquier parte del cuerpo donde se requiera.

E) Carbohidratos:
forman parte de las glucoproteínas, su principal función es la nutrición. Representan el 1% de la masa celular; 3% en células musculares y hasta 6% en células hepáticas. Se pueden almacenar en forma de glucógeno despolimerizable para proveer energía.
Proteínas de membrana
Son masas globulares ubicadas en la bicapa lipídica, la mayoría son glucoproteínas; existen las intrínsecas o
integrales
-también llamadas transmembrana- que atraviesan toda la membrana formando canales selectivos para el paso de sustancias, especialmente iones, que pueden difundir hacia ambos lados de la membrana; y las
periféricas
, que se adhieren a los extremos de las integrales. En ocasiones las proteínas funcionan como enzimas o como acarreadores para sustancias que de otra forma no podrían atravesar la barrera fosfolipídica. Otra de sus funciones es servir como receptores a los cuales se fijan los anticuerpos, segundos mensajeros, fármacos, etc. Las proteínas periféricas funcionan casi completamente como enzimas o como controladores del paso de sustancias a través de la membrana.

Glucocálix
Los carbohidratos de la membrana se presentan casi invariablemente en combinación con proteínas o lípidos -glucoproteínas 90%, glucolípidos 10%-. Los extremos “gluco” de esas moléculas proyectan hacia el exterior de la célula, algunos otros carbohidratos unidos a pequeños núcleos protéicos -proteoglicanos- también se ancuentran adheridos, aunque más débilmente, a la superficie celular. Así, toda la superficie externa celular se encuentra cubierta por una capa de carbohidratos llamada “glucocalix”.
T3. Componentes celulares y su función
T1. ORGANIZACIÓN CELULAR
T2. ESTRUCTURA FÍSICA DE LA CÉLULA
T4. Sistemas funcionales de célula
A) Ingestión.

Para vivir, crecer y reproducirse, la célula debe obtener nutrientes y otras sustancias de los fluídos que le rodean. Las sustancias pueden entrar a la célula a través de la membrana plasmática, sin embargo, las partículas más grandes entran mediante un proceso especializado llamado
endocitosis.
Sus dos formas principales son la
pinocitosis
y la
fagocitosis.

Pinocitosis.
Ingestión de partículas pequeñas y LEC en vesículas pinocíticas de hasta 200 nm de diámetro. Mientras más macromoléculas se adhieran a la membrana más vesículas se formaran. En la membrana existen receptores específicos para algunas proteínas, estos se concentran en pequeños pozos rodeados por una red de microfilamentos de clatrina, miosina y actina. Cuando las proteínas han ocupado todos los receptores, las propiedades locales de la superficie celular cambian de manera que el pozo completo invagina y sus bordes se cierran gracias a las fibrillas que le rodean, formando una vesícula pinocítica. No se sabe lo que condiciona las contorsiones de la membrana para formar esta vesícula pero se sabe que la energía necesaria la aportan moléculas de ATP; se requieren además iones de calcio que reaccionan con los filamentos de los pozos induciendo la formación de la vesícula.

Fagocitosis.
Es semejante a la pinocitosis, excepto porque involucra partículas de mayor tamaño. Esta función es más evidente en los macrófagos celulares y en los glóbulos blancos. Se inicia cuando partículas como bacterias, células muertas, detritos celulares o partículas inorgánicas se unen a la membrana plasmática del fagocito. En el caso de las bacterias, cada una se encuentra previamente unida a un anticuerpo (opsonización), en este caso es el antígeno quien se adhiere al receptor arrastrando a la bacteria consigo. La fagocitosis inicia con la evaginación de la membrana plasmática que en fracciones de segundo rodeará a la partícula extraña, enseguida las fibrillas contráctiles del citoplasma rodearán a la vesícula empujándola hacia dentro para que, finalmente, se desprenda y quede en el interior de la célula.
T4. Sistemas funcionales de célula
B) Digestión.

Una vez la vesícula pinocítica o fagocítica ha entrado en la célula, los
lisosomas
se insertan a ella depositando hidrolasas, ácidos, lisoferrina y lisozima en su interior formando una vesícula digestiva en el citoplasma. Las hidrolasas se encargaran de destruir las proteínas, lípidos y otras sustancias degradándolas hacia aminoácidos, glucosa y fosfatos que podrán difundir a través de la membrana vesicular hacia el citoplasma para después ser expulsadas por exocitosis. Algunos tejidos corporales -útero, glándulas mamarias, músculo- a menudo disminuyen su tamaño en parte gracias a la función de los lisosomas (causa desconocida). En caso de lesión la célula se puede autolisar por la ruptura de los lisosomas y la consecuente liberación de hidrolasas.
T4. Sistemas funcionales de célula
C) Síntesis y formación de estructuras celulares

La síntesis de sustancias comienza en el R. endoplásmico, sus productos pasan hacia el A. Golgi para seguir en proceso antes de ser liberados hacia el citoplasma. La porción granular del retículo posee grandes cantidades de ribosomas adheridos a su superficie externa; estos participan de la extrusión de productos hacia el citosol y la matríz endoplásmica. El retículo produce lípidos y colesterol que se incorporan rápidamente a su propia membrana; para evitar el crecimiento desproporcionado del retículo, el excedente se desprende en forma de pequeñas vesículas de transporte -para proteínas principalmente- que migran hacia el A. Golgi; este fenómeno sucede en la porción lisa del retículo, donde además se proveen enzimas para degradar glucógeno y para la detoxificación de sustancias. Una vez las proteínas liberadas llegan a las capas más profundas del A. Golgi, se les adicionan fracciones de carbohidratos que no pueden ser fabricados en el retículo. Entre ellos se destacan el ácido hialurónico y el condroitinsulfato que forman parte del moco y otras secreciones glandulares además del intersiticio de tejidos de colágena, huesos y cartílago. Las secreciones endoplásmicas que viajan por las capas más externas del A. Golgi son compactadas dentro de vesículas secretoras de gran concentración para después ser expulsadas y difundir a través de la célula, luego se unen a la membrana plasmática arrojando su contenido hacia el espacio extracelular (exocitosis). Parte de las vesículas prodentes del A. Golgi se unen a la membrana plasmática y de los organelos a fin de reponer el material perdido en la generación de vesículas pinocíticas y fagocíticas.
T4. Sistemas funcionales de célula
D) Obtención de energía
Las principales sustancias a partir de las cuales se extrae energía son los alimentos que reaccionan químicamente con el oxígeno. En el organismo los carbohidratos son convertidos en glucosa en el tracto digestivo y el hígado antes de que alcancen otras células; las proteínas son degradadas hacia aminoácidos y las grasas en aćidos grasos. Una vez dentro de la célula los derivados de los alimentos reaccionan con el oxígeno por la influencia de ciertas enzimas que además canalizan la energía liberada en la dirección apropiada. Casi todas estas reacciones ocurren en la mitocondria y la energía obtenida es usada en forma de un compuesto altamente energético llamado ATP, de hecho es este - y no los alimentos- el verdadero energizante para casi todas las reacciones metabólicas intracelulares subsecuentes. El ATP es un nucleótido compuesto por una base nitrogenada -adenina-, una pentosa -ribosa-, y tres radicales fosfato; los dos últimos fosfatos se encuentran unidos por lábiles enlaces de alto contenido energético -12,000cal/molécula- que superan varias veces la energía almacenada en los enlaces químicos promedio. Cuando el ATP libera su energía se pierde uno de los radicales fosfato convirtiéndose en una molécula de ADP. La energía es empleada para llevar a cabo funciones celulares como la síntesis de sustancias y la contracción muscular.
Retículo endoplásmico:
se divide en una porción rugosa -contiene ribosomas- que se encarga de la síntesis de proteínas intracelulares y otra lisa asociada al metabolismo lipídico. El retículo endoplásmico además almacena calcio, aporta enzimas para degradar glucógeno y sustancias para detoxificación por glucoronación, hidrólisis, coagulación y oxidación.

Aparato de Golgi:
madura, modifica, concentra, empaca y almacena proteínas necesarias para el procesamiento de los lípidos y la generación de vesículas secretoras y lisosomas.

Mitocondria:
se encarga de la síntesis de ATP y proteínas mitocondriales, almacena iones y agua, participa de la respiración celular.

Lisosomas:
digieren materiales de desecho, cuerpos extraños y microorganismos.

Peroxisomas:
eliminan el peróxido de hidrógeno, oxidan aminoácidos y ácidos grasos, detoxifican sustancias y sintetizan ácidos biliares.

Vacuolas:
almacenan agua, grasas, azúcares; mantienen la presión hidrostática dentro de la célula, desintegran y secretan macromoléculas.

Proteosomas:
digieren proteínas, generan péptidos para el sistema inmune, regulan la expresión genética y están implicados en la hidrólisis del ATP.

Núcleo:
almacena el material genético y sintetiza los ADN y ARN.
Desde que la glucosa entra en la célula las enzimas citoplasmáticas la convierten en ácido pirúvico mediante un proceso llamado glucólisis. Una fracción de ADP es convertida en ATP usando la energía liberada en este proceso, aunque esto representa tan solo el 5% de la energía requerida para la función celular; el 95% restante se genera en la mitocondria. El ácido pirúvico derivado de los carbohidratos; los aminoácidos de las proteínas; y los ácidos grasos de los lípidos, se transforman en acetil-CoA en la matríz mitocondrial. Esta sustancia después es disuelta por otra serie de enzimas incorporándola a una secuencia de reacciones químicas conocidas como ciclo de krebs o ciclo del ácido cítrico. Durante la reacción la acetil-CoA se descompone en dióxido de carbono y átomos de hidrógeno. El primero difundirá inicialmente hacia el citoplasma para finalmente abandonar el cuerpo a través de los pulmones, mientras que el hidrógeno altamente reactivo se combina con el oxígeno, lo que genera grandes cantidades de energía que usará la mitocondria para convertir ADP en ATP; para la transportación de sustancias a través de la membrana -potasio, cloro, calcio, magnesio, fosfato, cloro, urea, hidrógeno-; para la síntesis de sustancias -fosfolípidos, colesterol, purinas, pirimidinas; y para el trabajo mecánico -contracción muscular, movimiento ameboide y ciliar-.
T4. Sistemas funcionales de célula
Referencia bibliográfica
Guyton AC; Hall JE . Medical physiology. Eleventh edition. Elsevier-Saunders. USA (2006)
Héctor Esparza Leal
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