BIO_T9_Nutrición_celular.

Tema 9. Funciones de nutrición y relación.
Conceptos
1.
2.
3.
4.
5.
Concepto de nutrición celular.
Transporte a través de membrana.
a.
Principios.
b.
Mecanismos.
c.
Mecanismos especiales: endo y exocitosis.
Sensibilidad.
Catálisis enzimática.
La digestión intracelular.
Criterios de evaluación mínimos:
Concepto general de nutrición celular.
Difusión, difusión facilitada y transporte activo.
Fagocitosis y pinocitosis.
Orgánulos citoplasmáticos implicados en los mecanismo de digestión intracelular.
CONTENIDOS ACORDADOS PARA LA PAEG EN LA UCLM.
- Fisiología de la membrana
•
•
•
Transporte a través de membrana. Difusión simple. Difusión facilitada: canales y permeasas. Transporte
activo. Características de cada uno de ellos.
Endocitosis: pinocitosis, fagocitosis, endocitosis mediada por receptores. La digestión intracelular:
heterofagia, autofagia.
Exocitosis.
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Biología. T-9. Nutrición celular. Curso 2015-16
IES Santiago Grisolía. Prof.: Luis P. Ortega.
1. Introducción. Concepto de nutrición celular.
La nutrición implica intercambio de materia y energía con el entorno con el fin de
mantener la propia estructura interna y realizar las distintas funciones vitales.
Por tanto implica: captura de materia, control sobre la misma por parte de la
membrana, incluidos gases, transformaciones energéticas (oxidaciones o
reducciones) y eliminación de los desechos. Todo ello en el marco de cada
célula.
Los papeles fisiológicos de la membrana son:
o
o
o
o
Frontera física.
Control del transporte de sustancias: iones y moléculas.
Sensibilidad: Fuente de información: receptores de membrana:
hormonas, antígenos, etc.
Catálisis enzimática.
2. Transporte de sustancias.
2.1 Principios de transporte a través de la membrana.
El gasto energético de las células en esta función varía: 20% en E. coli, 70% en
neuronas.
Permeabilidad: de mayor a menor (en membranas sintéticas sin proteínas):
- Hidrófobas o apolares y pequeñas: O2, CO2.
- Pequeñas moléculas polares no cargadas: Agua, Urea, glicerol.
- Polares de mayor tamaño: Glucosa.
- Iones: H+, Cl-, K+, Na+, Ca+2, HCO3- (van rodeados de agua).
2.1.1 Clases de proteínas de transporte:
Trasportadoras y de canal. Suelen ser proteínas transmembrana multipaso
(atraviesan la membrana más de una vez en su plegamiento).
- Las proteínas transportadoras (también llamadas carriers o permeasas) son
altamente específicos uniéndose al sustrato y liberándose al otro lado mediante
cambios conformacionales del propio transportador.
- Las proteínas de canal son menos específicas y más rápidas pero también mucho
menos selectivas. Cambios conformacionales permiten abrir o cerrar los poros.
2.1.2 Tipos de transporte:
Pasivo: A favor de gradiente de concentración. Si además la sustancia está cargada se
habla de gradiente electroquímico (así funcionan todas las proteínas de canal y
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la mayoría de las transportadoras (difusión facilitada)). No requieren gasto de
energía.
Activo: En contra de gradiente electroquímico, mediante el gasto de energía. Tiene
lugar mediante proteínas transportadoras. Ejemplo: bomba de sodio/potasio.
Transporte de membrana
Moléculas de bajo peso molecular
Difusión simple
Directamente a través
de la membrana
difusión facilitada
transporte activo
bomba de Na/K
Por canales
regulados por ligando
o por voltaje
2.2 Mecanismos.
Difusión simple. (pasivo).
Las sustancias liposolubles atraviesan la capa lipídica. Hay muchas
sustancias tóxicas que son hidrófobas y que son fácilmente absorbidas.
El oxígeno y el dióxido de carbono difunden fácilmente a través de la bicapa.
Difusión por agregados de proteínas de canal o “canales iónicos”. (pasivo)1
La forma estable de estos canales es “cerrado” de modo que el paso no es posible. El
canal cuando está “abierto” es inestable y se cierra rápidamente siendo
necesario un nuevo estímulo para abrirlo de nuevo.
La apertura de estos canales está regulada por:
ligandos: sustancias como, por ejemplo, los neurorreceptores que provocan
el cambio conformacional de cerrado a abierto (animación).
Por voltaje: despolarización de la membrana que da luagar al cambio de
conformación en el poro (por ej. en la neurona).
Sustancias hidrosolubles de pequeño tamaño pasan por los canales, siempre en
función de su tamaño. Si además tienen carga se van afectados por la diferencia
de potencial y se habla entonces de gradiente electroquímico.
Se conocen más de 100 tipos distintos: Canales de potasio, de calcio, ...
El agua atraviesa por estos canales junto con los iones.
1
Hay autores que clasifican este tipo de transporte como una forma de transporte simple (tal como aparece en el cuadro de la
ilustración), pero también otros lo consideran un tipo de difusión facilitada. Tenedlo en cuanta en posibles preguntas de la
PAEG.
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Difusión facilitada. (pasivo)
Por un transportados específico de membrana o “permeasa” o carriers, y la sustancia
a transportar actúa del siguiente modo:
Formación de un complejo con el transportador.
Translocación del complejo.
Disociación en la cara opuesta.
Tienen las siguientes características: (similares a la cinética enzimática).
A favor de gradiente y no consumen energía.
Son transportadores específicos de sustrato (se transporta una determinada
sustancia en cada canal).
Poseen velocidad de saturación que depende del número de transportadores
y de la capacidad de paso a través de ellos.
Son bidireccionales impulsados por gradientes de concentración y/o carga
(equilibrio dinámico).
Bombas o transporte activo.
Mediante transportador específico y con gasto de energía (hidrólisis de ATP), se
transporta en contra de un gradiente electroquímico.
Bomba de Na+/K+:
Transportador que por cada ATP gastado expulsa 3 Na+ e introduce 2 K+.
Debe funcionar permanentemente pues las concentraciones tienden a
equilibrarse mediante el paso de los iones a través de canales.
En las neuronas llega a crear una diferencia de potencial de unos -70 mV.
La célula invierte entre un 20 y un 70 % de la energía en el funcionamiento de
esta bomba.
Contribuye al equilibrio osmótico al expulsar sodio al exterior, equilibrando
el exceso de aniones de gran tamaño presentes en el hialoplasmaLa bomba de protones funciona bombeando iones hidronio a costa de un gasto de
energía (ATP) lo que permite controlar el pH de determinados orgánulos como
los lisosomas.
La ATP sintetasa (o ATPsintasa) posee un mecanismo similar pero inverso en el que
el flujo de iones hidronio impulsa la síntesis de ATP y que veremos actuar en
temas posteriores.
Otro ejemplo es la bomba de Ca++.
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Algunas moléculas son transportadas aprovechando la situación creada con estas
bombas “primarias”, denomina entonces transporte activo secundario o
Cotransporte. Es el caso de la glucosa asociada al paso de Na+. Es decir, la
bomba de Na+/K+ provoca un desequilibrio químico que facilita la entrada de
Na+ por canales en los que se ve arrastrada la glucosa en contra de gradiente
(ambos en la misma dirección: simporte. Para ello es imprescindible que la
bomba funcione constantemente a fin de mantener el desequilibrio del Na+.
Se denomina antiporte cuando la entrada de una sustancia, el ión sodio por ejemplo,
implica la salida del otra sustancia a la vez.
Ejemplo en que se muestra un funcionamiento coordinado de varios tipos de transporte:
Transmisión del impulso nervioso.
Consta en esencia de los siguientes pasos:
En la membrana presináptica: canales iónicos de Ca+2 se activan por voltaje
permitiendo la entrada de Ca+2 en la célula y desen-cadenando la liberación de
las vesículas con neurotransmisores.
Los neurotransmisores actúan de ligandos para abrir canales iónicos de Na+ en la
neurona postsináptica, provocando una ligera despolarización. Superado un
umbral ...
Apertura de los canales iónicos de Na+ por voltaje, lo cual amplifica la respuesta, y se
produce una despolarización en cadena que se desplaza como una onda por
toda la membrana de la neurona postsináptica.
Cierre de los canales de Na+ y recuperación del potencial por la bomba de Na+/K+.
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2.3. Mecanismos especiales de ingestión de sustancias: endocitosis.
Transporte de sustancias grandes o fragmentos de organismos
Moléculas de alto peso
Fagocitosis
Endocitosis
Exocitosis
Pinocitosis
Mediada por receptores
Las sustancias de mayor tamaño deben ser incorporadas a las células por otros mecanismos.
2.3.1 Endocitosis.
Mecanismo de invaginación de la membrana celular que termina estrangulándose y
formando “endosomas o fagosomas”.
De acuerdo con el tamaño de la vesícula:
o
o
o
Pinocitosis. Material líquido, con moléculas de gran tamaño que no
pueden pasar por los mecanismos anteriores o con pequeñas
partículas sólidas.
Fagocitosis. Incorpora partículas de mayor tamaño, fragmentos o
células enteras, tal como actúan algunos leucocitos.
Algunas sustancias se introducen en la célula por este método utilizando receptores
específicos de membrana (clatrina p.ej.) que se acumulan en una zona
formando una trama, lo que hace que el proceso sea más eficaz (ej. Receptores
de LDL del colesterol) al conseguir concentrar en un lugar determinado de la
membrana la sustancia a transportar.
2.3.2 Exocitosis.
Proceso opuesto al anterior, las vesículas, generalmente provenientes del aparato de
Golgi, se fusionan con la membrana evacuando su contenido y de paso
renovando la membrana celular.
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3. Sensibilidad.
Recepción de señales:
Señales químicas hidrófobas (Ejemplo hormonas esteroides) pueden atravesar la
membrana por difusión y unirse a receptores internos que activen o desactiven
procesos (modificando proteínas).
Señales químicas hidrófilas (ej. Insulina) no atravesarán la membrana y han de unirse
a receptores de membrana (a veces propios de un determinado tipo de célula).
Dicha unión desencadena la liberación de otros factores en el interior de la
célula (AMPc, por ejemplo) que activan o desactivan procesos metabólicos tales
como la absorción de glucosa en el caso de la insulina.
los Complejos Mayores de Histocompatibilidad (CMH o HMC) informan a otra
células en los procesos de inmunidad que veremos al final del curso.
4. Catálisis enzimática.
Algunas de las proteínas presentes en la membrana son enzimas capaces de catalizar
reacciones en el exterior celular tales como la síntesis de celulosa para la
formación de la pared celular en crecimiento.
5. Digestión intracelular.
Se realiza por lo lisosomas (vesículas cargadas de enzimas digestivas formadas en el
retículo y maduradas en el aparato de Golgi.
Puede ser de dos tipos:
5.1 Heterofagia.
Digiere sustancias de origen exógeno capturadas por endocitosis.
Suele utilizarse en los procesos de nutrición pero también tiene otras funciones.
Fagocitosis – Fagosoma – vacuola digestiva – vacuola fecal.
Defensa: leucocitos
Limpieza: macrófagos con los tejidos muertos o con partículas extrañas.
Reabsorción renal: macromoléculas escapadas en la filtración glomerular y
captadas en el tubo distal.
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5.2 Autofagia.
Se digiere el propio contenido citoplasmático, en un proceso de recambio o en otros
casos como:
✓
✓
✓
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✓
Ayuno prolongado.
Maduración de eritrocitos.
Queratinización de epitelios.
Metamorfosis de insectos.
Apoptosis.
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PÁGINAS DE INTERÉS Y COMPLEMENTOS.
web del IES Pando (Asturias). Estudios de las membranas.
Date de alta en la página web puedosermedico.com es gratuita y contiene mucho
material que puede ser de tu interés para éste y los demás temas.
EJERCICIOS QUE DEBER REALIZAR
Preguntas de tipo TEST que han caído en PAEG desde 2002.
Definiciones que han caído en la PAEG.
Exámenes publicados por la UCLM.
PREGUNTAS DE LA PAEG
2015. Cite dos diferencias entre transporte activo y pasivo.
OTROS.
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