Transporte Celular

1. Transporte Pasivo

Siempre sucede a favor del gradiente de concentración (de la zona de mayor a la de menor concentración). Ocurre espontáneamente y sin gasto de energía. Puede ser, a su vez, de tres clases:

a) Difusión Simple

A través de la bicapa lipídica. Gases como el oxígeno y el nitrógeno entran a la célula de esta forma. También pueden atravesar la bicapa lipídica moléculas polares de pequeño tamaño que no posean cargas eléctricas, como el agua, urea, etanol, glicerina o el dióxido de carbono. Es el movimiento de moléculas o iones a través de la membrana sin necesidad de fijación con proteínas portadoras de la bicapa lipídica. Se realiza a través de mecanismos fisicoquímicos: ósmosis, diálisis o por canales que se rigen por: permeabilidad selectiva a los diferentes conductos proteicos o mecanismo de compuerta de los conductos proteínicos.

b) Difusión Facilitada

Por cambios de conformación de proteínas. Las proteínas transportadas se unen a una molécula o ion en una parte de la membrana y lo liberan en la otra. Son específicas, porque cada molécula de soluto se une exclusivamente con su correspondiente transportador, es decir, se tienen que ajustar físico-químicamente a un soluto específico, de modo semejante a como lo hace una enzima con su sustrato. De esta forma se transportan azúcares, aminoácidos y macromoléculas. Ej. Transporte pasivo de glucosa en las células hepáticas de los mamíferos. Es mediada por un portador porque la sustancia transportada de esta manera no suele poder atravesar la membrana sin una proteína portadora específica que le ayude. En esta difusión, la magnitud de difusión se aproxima a un máximo al aumentar la concentración de la sustancia.

c) Difusión a través de canales acuosos formados por proteínas

La mayoría de estos canales son muy estrechos y sólo permiten el paso de iones de manera selectiva; es decir, cada canal sólo deja pasar un tipo de ion. Muchos de ellos no permanecen continuamente abiertos; su apertura y cierre están regulados por diferentes mecanismos. Cuando la molécula transportada tiene carga eléctrica, influye además el gradiente eléctrico, ya que en las proximidades de la membrana plasmática el interior es negativo y el exterior, positivo. Para determinadas moléculas que tengan una concentración mayor en el exterior y, además, carga positiva, la fuerza que las impulsa a entrar será mayor. Si tuvieran carga negativa, esa fuerza estaría disminuida por la repulsión eléctrica. Así, la fuerza impulsora de un soluto a través de una membrana depende del gradiente electroquímico.

2. Transporte Activo

Se realiza en contra de gradiente de concentración (de la región de menor a la de mayor concentración). En él intervienen proteínas que aprovechan alguna fuente de energía. Va acompañado, por tanto, de un gasto energético. Este desplazamiento de moléculas es a través de la membrana celular, se realiza en dirección ascendente o en contra del gradiente de concentración o contra un gradiente eléctrico de presión. Es el paso de sustancias desde un medio poco concentrado a un medio muy concentrado. Es necesario un aporte de energía del ATP y una proteína de transporte.

a) Transporte activo primario

Cuando el transporte activo tiene lugar acoplado directamente al gasto energético. Un ejemplo es la bomba de Na-K, que acopla el transporte de Na hacia el exterior con el transporte de K hacia el interior, ambos en contra de su gradiente. El proceso de transporte se realiza con consumo de ATP. Otras bombas similares son la bomba de Ca o la bomba de protones (H+).

b) Transporte activo secundario

Algunas moléculas son transportadas en contra de gradiente, aprovechando una situación creada por un transporte activo primario. Ej: transporte activo de glucosa acoplado al paso de Na en el mismo sentido (cotransporte unidireccional). También se transportan de esta forma aminoácidos.

Metabolismo Celular

1. Aspectos Generales

El metabolismo comprende una serie de transformaciones químicas y procesos energéticos que ocurren en el ser vivo. Para que sucedan cada una de esas transformaciones se necesitan enzimas que originen sustancias que sean a su vez productos de otras reacciones. El conjunto de reacciones químicas y enzimáticas se denomina ruta o vía metabólica. El metabolismo se divide en:

• Catabolismo: Es el metabolismo de degradación de sustancias con liberación de energía.
• Anabolismo: Es el metabolismo de construcción de sustancias complejas con necesidad de energía en el proceso.

En las rutas metabólicas se necesitan numerosas y específicas moléculas que van conformando los pasos y productos intermedios de las rutas. Pero, además, son necesarios varios tipos de moléculas indispensables para su desarrollo final:

1. Metabolitos: Moléculas que ingresan en la ruta para su degradación o para participar en la síntesis de otras sustancias más complejas.
2. Nucleótidos: Moléculas que permiten la oxidación y reducción de los metabolitos.
3. Moléculas energéticas: ATP y GTP o la Coenzima A que, al almacenar o desprender fosfato de sus moléculas, liberan o almacenan energía.
4. Moléculas ambientales: Oxígeno, agua, dióxido de carbono, etc. que se encuentran al comienzo o final de algún proceso metabólico.

Cada célula desarrolla miles de reacciones químicas que pueden ser exergónicas (con liberación de energía) o endergónicas (con consumo de energía). Si las reacciones químicas dentro de una célula están regidas por las mismas leyes termodinámicas… entonces, ¿cómo se desarrollan las vías metabólicas?

1. Las células asocian las reacciones: las reacciones endergónicas se llevan a cabo con la energía liberada por las reacciones exergónicas.
2. Las células sintetizan moléculas portadoras de energía que son capaces de capturar la energía de las reacciones exergónicas y las llevan a las reacciones endergónicas.
3. Las células regulan las reacciones químicas por medio de catalizadores biológicos: ENZIMAS.

2. El Catabolismo

El catabolismo comprende el metabolismo de degradación oxidativa de las moléculas orgánicas, cuya finalidad es la obtención de energía necesaria para que la célula pueda desarrollar sus funciones vitales. Debe existir una última molécula que capte los electrones o los hidrógenos desprendidos en las reacciones de oxidación. Si el aceptor de electrones es el oxígeno molecular la ruta o el catabolismo es aeróbico y si es otra molécula es catabolismo anaeróbico.

2.1. El catabolismo aeróbico

El catabolismo aerobio está formado por varias rutas metabólicas que conducen finalmente a la obtención de moléculas de ATP. Estas moléculas de ATP más tarde serán imprescindibles para dar energía en las rutas anabólicas. La energía que no se usa se disipará en forma de calor.

2.2. El catabolismo anaeróbico

Cuando el catabolismo se realiza en condiciones anaeróbicas, es decir cuando el último aceptor de hidrógenos o electrones no es el oxígeno, sino una molécula orgánica sencilla, las rutas de degradación de la glucosa se llaman fermentaciones. En un mismo organismo pluricelular pueden darse rutas aeróbicas o anaeróbicas, según las condiciones ambientales de la célula. Por ejemplo, la célula muscular puede funcionar con oxígeno hasta que éste llega con dificultad al tejido. Trabaja entonces en condiciones anaerobias produciendo ácido láctico.

3. El Anabolismo

La construcción de biomoléculas propias exclusivas sólo pueden llevarla a cabo los seres vivos a base de capturar determinadas sustancias del medio en que viven (autótrofos). En muchos seres vivos la nutrición solo puede realizarse mediante la ingestión de otros seres vivos (heterótrofos). Nuestra vida en el planeta tierra depende de la función de unos seres vivos muy especiales, que son capaces de fabricar su propia materia a partir de la luz. Se trata de plantas verdes y algas que realizan la fotosíntesis. Los organismos fotosintéticos utilizan la luz del sol y transforman su energía luminosa en energía para formar glúcidos y otras moléculas orgánicas. Estas moléculas orgánicas forman sus tejidos que sirven de alimento a los seres vivos no fotosintetizadores.

El anabolismo o biosíntesis es una de las dos partes del metabolismo, encargada de la síntesis o bioformación de moléculas orgánicas (biomoléculas) más complejas a partir de otras más sencillas o de los nutrientes, con requerimiento de energía, al contrario que el catabolismo.

El anabolismo es el responsable de:

• La formación de los componentes celulares y tejidos corporales y por tanto del crecimiento.
• El almacenamiento de energía mediante enlaces químicos en moléculas orgánicas.

Las células obtienen la energía del medio ambiente mediante tres tipos distintos de fuente de energía que son:

• La luz solar, mediante la fotosíntesis en las plantas.
• Otros compuestos orgánicos como ocurre en los organismos heterótrofos.
• Compuestos inorgánicos como las bacterias quimiolitotróficas que pueden ser autótrofas o heterótrofas.

El anabolismo se puede clasificar académicamente según las biomoléculas que se sinteticen en:

• Replicación o duplicación de ADN.
• Síntesis de ARN.
• Síntesis de proteínas.
• Síntesis de glúcidos.
• Síntesis de lípidos.

Respiración Celular

El proceso por el cual las células degradan las moléculas de alimento para obtener energía recibe el nombre de RESPIRACIÓN CELULAR.

La respiración celular es una reacción exergónica, donde parte de la energía contenida en las moléculas de alimento es utilizada por la célula para sintetizar ATP. Decimos parte de la energía porque no toda es utilizada, sino que una parte se pierde.

Aproximadamente el 40% de la energía libre emitida por la oxidación de la glucosa se conserva en forma de ATP. Cerca del 75% de la energía de la nafta se pierde como calor de un auto; solo el 25% se convierte en formas útiles de energía. La célula es mucho más eficiente.

La respiración celular es una combustión biológica y puede compararse con la combustión de carbón, gasolina, leña. En ambos casos, moléculas ricas en energía son degradadas a moléculas más sencillas con la consiguiente liberación de energía.

Tanto la respiración como la combustión son reacciones exergónicas.

Sin embargo, existen importantes diferencias entre ambos procesos. En primer lugar, la combustión es un fenómeno incontrolado en el que todos los enlaces químicos se rompen al mismo tiempo y liberan la energía en forma súbita; por el contrario, la respiración es la degradación del alimento con la liberación paulatina de energía. Este control está ejercido por enzimas específicas.

En segundo lugar, la combustión produce calor y algo de luz. Este proceso transforma energía química en calórica y luminosa. En cambio, la energía liberada durante la respiración es utilizada fundamentalmente para la formación de nuevos enlaces químicos (ATP).

La respiración celular puede ser considerada como una serie de reacciones de óxido-reducción en las cuales las moléculas combustibles son paulatinamente oxidadas y degradadas liberando energía. Los protones perdidos por el alimento son captados por coenzimas.

La respiración ocurre en distintas estructuras celulares. La primera de ellas es la glucólisis que ocurre en el citoplasma. La segunda etapa dependerá de la presencia o ausencia de O2 en el medio, determinando en el primer caso la respiración aeróbica (ocurre en las mitocondrias), y en el segundo caso la respiración anaeróbica o fermentación (ocurre en el citoplasma).

Glucólisis

La glucólisis, lisis o escisión de la glucosa, tiene lugar en una serie de nueve reacciones, cada una catalizada por una enzima específica, hasta formar dos moléculas de ácido pirúvico, con la producción concomitante de ATP. La ganancia neta es de dos moléculas de ATP, y dos de NADH por cada molécula de glucosa.

Las reacciones de la glucólisis se realizan en el citoplasma, como ya adelantáramos, y pueden darse en condiciones anaerobias; es decir, en ausencia de oxígeno.

Los primeros cuatro pasos de la glucólisis sirven para fosforilar (incorporar fosfatos) a la glucosa y convertirla en dos moléculas del compuesto de 3 carbonos gliceraldehído fosfato (PGAL). En estas reacciones se invierten dos moléculas de ATP a fin de activar la molécula de glucosa y prepararla para su ruptura.

Resumen de las dos etapas de la glucólisis: En la primera etapa se utilizan 2 ATP y la segunda produce 4 ATP y 2 NADH. Otros azúcares, además de la glucosa, como la manosa, galactosa y las pentosas, así como el glucógeno y el almidón, pueden ingresar en la glucólisis una vez convertidos en glucosa 6-fosfato.

Ecuación de la Glucólisis

Glucosa + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD⁺ 2 piruvato + 2 ATP + 2 NADH + 2 H⁺ + 2 H₂O

Vías Anaeróbicas

El ácido pirúvico puede tomar por una de varias vías. Dos son anaeróbicas (sin oxígeno) y se denomina FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA y FERMENTACIÓN LÁCTICA. Otras células, como por ejemplo los glóbulos rojos, las células musculares y algunos microorganismos transforman el ácido pirúvico en ácido láctico. En el caso de las células musculares, la fermentación láctica, se produce como resultado de ejercicios extenuantes durante los cuales el aporte de oxígeno no alcanza a cubrir las necesidades del metabolismo celular. La acumulación del ácido láctico en estas células produce la sensación de cansancio muscular que muchas veces acompaña a esos ejercicios.

Etiquetas: Biología Celular, Difusión, metabolismo, transporte celular