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BIOLOGIA CELULAR Semana 5 •Biología celular: Estructura de la célula procariótica y eucariótica. •Membrana plasmática. Composición química. Transporte pasivo y activo. Semana 6 •Citoplasma. Citoesqueleto. Microtúbulos y microfilamentos. •Organoides citoplasmáticos. Ribosomas. Tipos, estructura y función. Semana 7 •Retículo endoplasmático. Aparato de golgi. Lisosomas. •Mitocondrias. Estructura. Membrana y matriz mitocondrial. Semana 8 •Cloroplastos. Estructura y función. .Nucleo. Envoltura nuclear, cromatina y nucleolo.

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BIOLOGIA CELULAR

Semana 5•Biología celular: Estructura de la célula procariótica y eucariótica. •Membrana plasmática. Composición química. Transporte pasivo y activo.

Semana 6•Citoplasma. Citoesqueleto. Microtúbulos y microfilamentos.•Organoides citoplasmáticos. Ribosomas. Tipos, estructura y función.

Semana 7•Retículo endoplasmático. Aparato de golgi. Lisosomas.•Mitocondrias. Estructura. Membrana y matriz mitocondrial.

Semana 8•Cloroplastos. Estructura y función..Nucleo. Envoltura nuclear, cromatina y nucleolo.

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Robert Hooke (1665), al ver en tejidos vegetales unidades que se repetían a modo de celdillas de un panal, las bautizó de “células”. Anton van Leeuwenhoek (1670), inventor del microscopio, observó diversas células eucariotas (como protozoos y espermatozoides) y procariotas (bacterias).

Theodor Schwann y Matthias Schleiden (Década de 1830), postularon que las células son las unidades elementales en la formación de las plantas y animales, y que son la base fundamental del proceso vital (Teoria celular).

Lynn Margulis (1981), publica su hipótesis sobre la endosimbiosis serial, que explica el origen de la célula eucariota.

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Una célula es la unidad morfológica, fisiológica y genética de todo ser vivo. Es el elemento de menor tamaño que puede considerarse vivo.

Los organismos vivos pueden clasificarse según el número de células:

Unicelulares (cuando tienen una célula), como protozoarios o bacterias.

Pluricelulares (si poseen más). El número varia: de pocos cientos, como en algunos nemátodos, a cientos de billones (1014), como en el ser humano.

Las células suelen poseer un tamaño de 10 μm y una masa de 1 ng, si bien existen células mucho mayores.

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Existen dos grandes tipos celulares: las procariotas (que comprenden las células de arqueas y bacterias) y las eucariotas (divididas tradicionalmente en animales y vegetales, si bien se incluyen además hongos y protistas, que también tienen células con propiedades características).

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Membrana plasmáticaLa membrana plasmática es una estructura laminar formada por fósfolípidos (con cabeza hidrofílica y cola hidrofóbica) y proteínas, define sus límites y contribuye a mantener el equilibrio entre el interior y el exterior de éstas. Se asemeja además, a las membranas que delimitan los orgánulos de células eucariotas.

La principal característica es su permeabilidad selectiva, lo que le permite seleccionar las moléculas que deben entrar y salir de la célula. De esta forma se mantiene estable el medio intracelular, regulando el paso de agua, iones y metabolitos, a la vez que mantiene el potencial electroquímico (haciendo que el medio interno esté cargado negativamente). En las células procariotas y en las eucariotas osmótrofas como plantas y hongos, se presenta otra capa, denominada pared celular.

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Lípidos de la membrana plasmática

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Distribución de biomoléculas en las membranas plasmáticas

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Funciones de las membranas plasmáticas

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Semipermeabilidad de las membranas Procesos de transporte

Uniporte

Simporte

Antiporte

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Transporte pasivo Transporte activo

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La bomba Na:K es un sistema de transporte de íons Sodio (Na) para fuera de la célula, y de íons Potasio ( K) para dentro de la misma.

El Sodio está en mayor cantidad fuera de la célula (142 mEq/l) y en menor dentro de la célula (10 mEq/l). Es por eso que la mayoría del Sodio sale de la célula por un sistema llamado" transporte activo " donde la presencia del Potasio y el uso de energía, son esenciales. Las etapas del proceso son:

La Bomba de Sodio y Potasio

Despolarización: Apertura de los canales de Sodio y Entrada de sodio

Repolarización: Se cierran los canales de Sodio y se abren los de Potasio así se produce una salida de potasio al exterior de la membrana

Hiperpolarización: salida masiva de potasio

Reposo: hay poco potasio fuera. La membrana se estabiliza El cambio de potencial se produce debido a la entrada de sodio al interior de la membrana, así como de la salida de potasio.

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Bomba de sodio y potasio

Funciones:- Mantenimiento de la osmolaridad y del volumen celular - Transporte de nutrientes- Potencial eléctrico de membrana - Mantenimiento de los gradientes de sodio y potasio- Impulsos nerviosos - Transducción de señales- Farmacología

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El citoplasma

El citoplasma es la parte del protoplasma que, en una célula eucariotica, se encuentra entre el núcleo celular y la membrana plasmática .

Consiste en una emulsión coloidal muy fina de aspecto granuloso, el citosol o hialoplasma, y en una diversidad de orgánulos celulares que desempeñan diferentes funciones.

Su función es albergar los orgánulos celulares y contribuir al movimiento de los mismos. El citosol es la sede de muchos de los procesos metabólicos que se dan en las células.

1) Nucléolo (2) Núcleo celular (3) Ribosoma (4) Vesículas de secreción (5) Retículo endoplasmático rugoso (6) Aparato de Golgi (7) Citoesqueleto (8) Retículo endoplasmático liso (9) Mitocondria (10) Vacuola (11) Citoplasma (12) Lisosoma (13) Centríolo.

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El retículo endoplasmático, Ribosomas y Aparato de Golgi

El retículo endoplasmático es una red interconectada de tubos aplanados y sáculos comunicados entre sí, que intervienen en funciones relacionadas con la síntesis proteica, metabolismo de lípidos y algunos esteroides, así como el transporte intracelular.

Se encuentra en la célula animal y vegetal pero no en la célula procariota.

R.E. Rugoso, presenta ribosomas. Participa en lasíntesis de proteinas.

R.E. liso, no tiene ribosomas. Participa en la síntesis de lípidos.

1) Núcleo. (2) Poro nuclear. (3) Retículo endoplasmático rugoso (RER). (4) Retículo endoplasmático liso (REL). (5) Ribosoma en el RE rugoso. (6) Proteínas siendo transportadas. (7) Vesícula (transporte). (8) Aparato de Golgi. (9) Lado cis del aparato de Golgi. (10) Lado trans del aparato de Golgi. (11) Cisternas del aparato de Golgi.

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Los ribosomas son orgánulos encargados de sintetizar proteínas a partir de la información genética que les llega del ADN transcrita en forma de ARN mensajero (ARNm). Están en todas las células (excepto en los espermatozoides).

En células eucariotas, los ribosomas se elaboran en el núcleo pero desempeñan su función de síntesis en el citosol. Están formados por ARN ribosómico (ARNr) y por proteínas. Estructuralmente, tienen dos subunidades

Los Ribosomas

Tanto los ARNr como las subunidades de los ribosomas se suelen nombrar por su coeficiente de sedimentación en unidades Svedberg. En eucariotas, los ribosomas del citoplasma se denominan 80 S. En mitocondrias y plastos de eucariotas, así como en procariotas, son 70 S.

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El Complejo de Golgi

El aparato de Golgi es un orgánulo presente en todas las células eucariotas excepto los glóbulos rojos y las células epidérmicas. Pertenece al sistema de endomembranas del citoplasma celular. Está formado por unos 4-8 dictiosomas, que son sáculos aplanados rodeados de membrana y apilados unos encima de otros, cuya función es completar la fabricación de algunas proteínas.

Dentro de las funciones que posee el aparato de Golgi se encuentran la glicosilación de proteínas, selección, destinación, glicosilación de lípidos, almacenamiento y distribución de lisosomas y la síntesis de polisacáridos de la matriz extracelular.

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Los Lisosomas

Los lisosomas son orgánulos relativamente grandes, formados por el retículo endoplasmático rugoso (RER) y luego empaquetadas por el complejo de Golgi, que contienen enzimas hidrolíticas y proteolíticas que sirven para digerir los materiales de origen externo (heterofagia) o interno (autofagia) que llegan a ellos. Es decir, se encargan de la digestión celular.

Las enzimas más importantes del lisosoma son:Lipasas, que digiere lípidos, Glucosidasas, que digiere carbohidratos, Proteasas, que digiere proteínas, Nucleasas, que digiere ácidos nucleicos. Sólo están presentes en células animales.

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El Centrosoma

El centrosoma es un orgánulo celular que no está rodeado por una membrana; consiste de dos centriolos apareados, embebidos en un conjunto de agregados proteicos que los rodean.

Alrededor de los centrosomas se dispone radialmente un conjunto de microtúbulos formando un áster.

Durante la interfase del ciclo celular, los microtúbulos determinan la forma celular, la polaridad y la motilidad, mientras que durante la mitosis, forman el huso mitótico, necesario para la segregación de los cromosomas entre las dos células hijas.

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La Vacuola

Una vacuola es un orgánulo celular presente en plantas y en algunas células protistas eucariotas. Las vacuolas son compartimentos cerrados o limitados por membrana plasmática que contienen diferentes fluidos, como agua o enzimas, aunque en algunos casos puede contener sólidos.

Las vacuolas que se encuentran en las células vegetales son regiones rodeadas de una membrana vacuolar (tonoplasto) y llenas de un líquido llamado jugo celular.

La célula vegetal inmadura contiene una gran cantidad de vacuolas pequeñas que aumentan de tamaño y se van fusionando en una sola y grande, a medida en que la célula va creciendo.

En la célula madura, el 90 % de su volumen puede estar ocupado por una vacuola, con el citoplasma reducido a una capa muy estrecha apretada contra la pared celular.

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La Mitocondria

Las mitocondrias son orgánulos provistos de doble membrana. Se encuentran en la mayoría de las células eucariotas. Se describen como "generadoras de energía" de las células, debido a que producen la mayor parte del suministro de adenosín trifosfato (ATP).

La energía química potencial almacenada en las uniones covalentes de ciertas moléculas como la glucosa o ácidos grasos es transformada en energía química que se almacena en las uniones covalentes entre fosfatos del ATP.

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Metabolismo de Carbohidratos

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Procesos de degración de la glucosa

1. Glucólisis: Conversión de la molécula de glucosa (6 C) en dos moléculas de ácido pirúvico (3 C). Ocurre en el citoplasma y es un proceso anaeróbico.

2. Reacciones internas: Conversión del Ácido Pirúvico en Acetil Coenzima A. El ácido pirúvico ingresa a la matriz mitocondrial, donde ocurre el proceso. Funciona como compuesto intermediario para que las grasas y proteínas también entren al ciclo de Krebs.

3. Ciclode Krebs: Ciclo metabólico de gran importancia en todas las células que utilizan oxígeno. Ocurre en la matriz mitocondrial. La Acetil CoA se combina con el ácido oxalacético formando un compuesto de 6 carbonos (el ácido cítrico). Participa en procesos catabólicos como anabólicos. Se produce CO2, H2O y moléculas cargadas de energia química (GTP, NADH, FADH).

4. Cadena respiratoria y fosforilación oxidativa: Etapa final de la respiración, donde los electrones almacenados en las moléculas químicas (NADH, FADH), son transportados en las crestas mitocondriales originando elevada carga protónica que originará la fosforilación del ADP a ATP.

C6H1206 + 6O2 6CO2 + 6H20

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Procesos de Degradación de Aminoácidos, Ácidos grasos y glucosa

Citoplasma

Mitocondria

MatrizMitocondrial

Membrana interna

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Fases y reacciones de la Glucólisis

Continua

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2 moléculas de 3 carbonos c/u continuan la reacción por separadoContinuación

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. El ATP es la fuente de energía universal de la célula.

. NADH y H+ otorgan la capacidad de reducir otros compuestos pertenecientes a otras vías metabólicas, o bien para sintetizar ATP.. El piruvato es la molécula que ingresará a la mitocondria y seguirá oxidándose en el ciclo de Krebs, como parte de la respiración aeróbica, donde dará origen a más moléculas de NADH, que podrán pasar a sintetizar ATP en la mitocondria.

Balance general de la glucólisis

GlucosaPiruvato

2

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Reacciones internas

La descarboxilación oxidativa del piruvato para formar Acetil CoA, que se produce en la matriz mitocondrial, es el eslabón entre la glucólisis y el ciclo de Krebs.

+ NAD+

+ CO2 + NADH

Piruvato Coenzima A

Acetil CoA

Conversión del Piruvato en Acetil CoA

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Acetil-CoA + 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi + 2 H2O → CoA-SH + 3 (NADH + H+) + FADH2 + GTP + 2 CO2

Ciclo de Krebs

Balance general:

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- Se debe tener em cuenta dos fases: Una la transferencia de electrones y otra la fosforilación oxidativa.

- El movimiento de electrones en las cadenas de transporte electrónico implica una oxidación (compuesto que pierde electrones) y una reducción simultanea (compuesto que acepta electrones): reacción “redox”.

- Para que los electrones sean transferidos desde el reductor al oxidante, el oxidante debe tener mayor afinidad por los electrones que el reductor .

- El potencial de reducción estándar (Eº’) es una medida de la afinidad de una molécula por los electrones, en condiciones estándar. Especies con mayor Eº’ tienden a aceptar electrones de moléculas con un Eº’ mas negativo.

- El transporte de electrones a través de la cadena está dirigido por una diferencia de potencial entre el NADH y el O2.

Cadena Respiratoria y Fosforilación Oxidativa

Consideraciones generales:

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Flujo de electrones y protones a través de los 4 complejos de la cadena respiratoria

Los electrones se transfieren del NADH al O2 a través de los complejos I (NADH-Q reductasa), III (Citocromo reductasa) y IV (Citocromo oxidasa). El flujo de electrones entre estos complejos permite el bombeo de protones a través de la membrana interna mitocondrial.

Los grupos transportadores de electrones de estas enzimas son flavinas, complejos de hierro-azufre, grupos hemo y iones cobre. Los electrones son transportados desde el compleo I, mediante la forma reducida de la Ubiquinona (Q), hidrofóbica, que difunde con gran rapidez en el interior de la membrana interna.

La Ubiquinona también transporta electrones del FADH2 al complejo III. Una pequeña molécula, el Citocromo c, transporta electrones desde el complejo III al complejo IV de donde se transfieren al O2 para reducir luego al agua.

El complejo II (Succinato-Q reductasa), a diferencia de los demás complejos, no bombea protones.

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Fosforilación oxidativaHipótesis quimiosmótica

El ATP es sintetizado por un complejo enzimático formado por un conducto de protones (F0) y una unidad catalítica (F1)

Según este modelo la transferencia de electrones a través de la cadena respiratoria produce un bombeo de protones desde la matriz mitocondrial hacia el lado intermembranas originando aumento de los H+ .

Se genera también um potencial electrico que en este lado de la membrana resulta positivo. La síntesis de ATP por medio del complejo ATPasa estaria dirigida por esta fuerza motriz.

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Balance general de la oxidación total de la glucosa

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Los cloroplastos son los orgánulos celulares que en los organismos eucariontes fotosintetizadores se ocupan de la fotosíntesis. Están limitados por dos membranas concéntricas y contienen vesículas, los tilacoides, donde se encuentran organizados los pigmentos y demás moléculas que convierten la energía luminosa en energía química, como la clorofila, mediante la fotosíntesis.

Los cloroplastos

Estructura de un Cloroplasto:

1. Membrana externa2. Espacio intermembrana3. Membrana interna4. Estroma (fluido acuoso)5. Lumen tilacoidal (interior del tilacoide)6. Membrana tilacoidal7. Grana (tilacoides apilados)8. Tilacoide (Lamela)9. Almidón10. Ribosoma11. Plastoma (DNA de plasto)12. Plastoglóbulo (gotas de lipidos)

6CO2 + 6H20 C6H1206 + 602

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El núcleo celular es un orgánulo membranoso que se encuentra en las células eucariotas.

Contiene la mayor parte del material genético celular, organizado en múltiples moléculas lineales de ADN de gran longitud formando complejos con una gran variedad de proteínas como las histonas para formar los cromosomas. El conjunto de genes de esos cromosomas se denomina genoma nuclear.

La función del núcleo es mantener la integridad de esos genes y controlar las actividades celulares regulando la expresión génica. Por ello se dice que el núcleo es el centro de control de la célula.

Las principales estructuras que constituyen el núcleo son la envoltura nuclear, (doble membrana) y el nucléolo, que está implicado en la síntesis de los ribosomas. Tras ser producidos en el nucléolo, éstos se exportan al citoplasma, donde traducen el ARN.

El Nucleo

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