Colegio Las AméricasSector: cienciasSubsector: Biología Juan Carlos González Miño

Moléculas Orgánicas y Transporte de Membrana

Las moléculas que forman los Seres vivos pueden clasificarse en:

Inorgánicas: agua, sales minerales y algunos gases.

Orgánicas: Hidratos de carbono, Lípidos, Proteínas y Ácidos nucleicos.

Todas estas biomoléculas están organizadas en unas unidades superiores que son las células. Una célula es un recipiente, un recinto cerrado en cuyo interior se realizan las secuencias de reacciones químicas necesarias para la vida.

Una célula es un sistema capaz de mantener la concentración de algunas sustancias lo suficientemente alta como para que puedan producirse los procesos químicos que hacen posible que una célula realice todas sus funciones vitales. Por ello las células están rodeadas de membranas que retienen, o concentran de forma selectiva algunos compuestos químicos.

Biomoléculas:

Agua:

La vida, tal como la conocemos, tiene lugar en disolución acuosa. El agua es tan familiar que la consideramos generalmente como un fluido más bien poco activo de carácter simple. Se trata, sin embargo, de un líquido activo químicamente con propiedades físicas tan extraordinarias que si los químicos la hubiesen descubierto en épocas recientes, la habrían clasificado como una sustancia exótica.

Las propiedades del agua tienen un significado biológico profundo. Las estructuras de las moléculas en las que se basa la vida, las proteínas, los ácidos nucleicos, las membranas lipídicas y los hidratos de carbono complejos, son la consecuencia directa de sus interacciones con las moléculas de agua.

Átomos: H, O 

Hidratos de Carbono:

Los carbohidratos o sacáridos (griego: Sakcharón, azúcar) son componentes esenciales de los organismos vivos y son, de hecho, la clase más abundante de las moléculas biológicas, además constituyen las principales moléculas de reserva energética que se encuentran en casi todos los seres vivos.

Componentes: monosacáridos (azúcar sencillo)

Átomos: C, O, H

Existen como:

monosacáridos: (p.ej. glucosa, fructosa, galactosa) disacáridos: (p.ej. maltosa (glu-glu), sacarosa (glu-fru), lactosa (glu-gal)) polisacáridos: (p.ej. almidón ( amilosa), glicógeno (almidón animal),

celulosa

Funciones:

Productor de energía: como azúcar y almidón (=reserva) Estructural: pared de células vegetales (celulosa) Reservorio de energía ( Hígado y músculo) de uso rápido en organismos

animales, incluyendo al hombre ( glicógeno)

                  

 

Lípidos:

Se trata de un grupo de sustancias que tienen en común el no ser solubles en agua, por lo que forman agregados: Bicapa en membranas y gotas en el citoplasma pero sí son solubles en disolventes orgánicos apolares (benceno, acetona...), tienen un tacto untuoso y manchar el papel de forma característica.

Componentes:

Glicerina (Alcohol terciario) Ácidos grasos (3 unidades)

Átomos: C, O, H, contienen menos oxígeno en relación al H y C, comparado con los azúcares.

Se presentan como: Grasas y aceites

Funciones:

Productor de energía y reserva de energía como grasa y aceite, ( de uso más lento que los carbohidratos)

Estructural: membranas celulares forman una Bicapa (fosfolípidos) impermeable a sustancias solubles en agua.

Térmica: aislante térmico.

 También importante: Algunos ácidos grasos no pueden ser sintetizados por el cuerpo humano y deben ser ingeridos con el alimento. (Ácidos grasos esenciales). Ya que algunas vitaminas son solubles en grasa y solo pueden ser ingeridas con la grasa, no es posible evitar del todo la ingestión de grasa.

 

 

Proteínas:

Son las sustancias que componen las estructuras celulares y las herramientas que hacen posible las reacciones químicas del metabolismo celular.

Componentes: Aminoácidos (20 variedades distintas)

Átomos: C, O, H, N, S

Se presentan como:

Dipéptido, ( conformados por 2 aminoácidos) Oligopéptidos ( más de 10 aminoácidos) y Proteínas ( más de 100 aminoácidos)

Funciones:

Estructural: por ejemplo en la musculatura, en el tejido conjuntivo, en las membranas celulares.

Enzimático (biocatalizadores) en todos los procesos metabólicos. Defensa: Inmunoglobulinas (por ejemplo en el combate de infecciones) =

anticuerpos. Hormonal: (sustancias mensajeras). Receptora: detección de estímulos en la superficie celular.

Ácidos nucleicos:

Una característica esencial de los seres vivos es su capacidad para reproducirse. Para ello cada individuo debe contener una descripción completa de sí mismo, que además ha de ser capaz de transmitir a sus descendientes para que ellos puedan construir otro individuo con esas características. A nivel celular, una célula ha de disponer de esas instrucciones para construir una réplica idéntica de sí misma. En una célula, esa información se encuentra en el ácido desoxirribonucleico (ADN). El ADN tiene la particularidad de que posee información también para hacer copias de sí mismo. Para que la información contenida en el ADN se pueda expresar hace falta otra sustancia que es el ácido ribonucleico (ARN).

Constituidos por:

Nucleótidos (compuestos de fosfato, ribosa o desoxirribosa [azúcar] y base nitrogenada [Base púrica o pirimídica]

Átomos: C, O, N, H, P

Se presentan como:

Ácido desoxirribonucleico , ADN , ADN con las bases adenina, timina, citosina, guanina, siempre de doble cadena en el núcleo celular

Ácido ribonucleico ARN, ARN con las bases adenina, uracilo, citosina y guanina, de cadena sencilla, solo excepcionalmente de doble cadena; como ARN-mensajero en el núcleo celular y citoplasma, como ARN-de transferencia en el citoplasma, como ARN-ribosomal en el citoplasma

Funciones:

Almacenamiento de la información hereditaria, ADN Síntesis proteica: ARN- mensajero, ARN-de transferencia, ARN-ribosomal

Comparación:

ADN: desoxirribosa, timina, doble cadena

ARN: ribosa, uracilo en lugar de timina cadena sencilla.

Actividades:

Existiría la vida sin agua, explique y fundamente.

¿Por qué se le considera a los carbohidratos fuente de energía inmediata y de donde proviene su nombre?¿De qué está formada la materia viva?¿Cuál es la composición química de los carbohidratos y cual es su rol metabólico?¿Cuál es la composición química de los lípidos y cual es su rol metabólico? ¿Cuál es la composición química de las proteínas y cual es su rol metabólico?¿Cuál es la composición química de los nucleótidos y cual es su rol metabólico?Para pensar ¿si no tuviésemos acceso a alguno de los químicos constituyentes de la materia orgánica que sucedería?Nombre 4 características de las moléculas orgánicasMenciona varios ejemplos y clasifica el lípido mencionado, atendiendo a las siguientes funciones:    - De reserva

    - Estructural    - Transportadora.

Transporte de Membrana

 La bicapa lipídica de la membrana actúa como una barrera que separa dos medios acuosos, el medio donde vive la célula y el medio interno celular. Las células requieren nutrientes del exterior y deben eliminar sustancias de desecho procedentes del metabolismo y mantener su medio interno estable. La membrana presenta una permeabilidad selectiva, ya que permite el paso de pequeñas moléculas, siempre que sean lipófilas, pero regula el paso de moléculas no lipófilas. Entonces, la mayor parte de los iones y moléculas solubles en agua son incapaces de cruzar de forma espontánea esta barrera, y precisan de la concurrencia de proteínas portadoras especiales o de canales proteicos. De este modo la célula mantiene concentraciones de iones y moléculas pequeñas distintas de las imperantes en el medio externo.

El paso a través de la membrana posee dos modalidades:Una pasiva, sin gasto de energía, y otra activa, con consumo de energía.

Pasaje pasivo. Es un proceso de difusión de sustancias a través de la membrana. Se produce siempre a favor del gradiente, es decir, de donde hay más hacia el medio donde hay menos. Este transporte puede darse por: Difusión simple. Es el paso de pequeñas moléculas a favor del gradiente; puede realizarse a través de la bicapa lipídica o a través de canales proteícos. A) Difusión simple a través de la bicapa (1). Así entran moléculas lipídicas como las hormonas esteroideas, anestésicos como el éter y fármacos liposolubles. Y sustancias apolares como el oxígeno, el CO2 y el nitrógeno atmosférico. Algunas moléculas polares de muy pequeño tamaño, como el agua, el etanol y la glicerina, también atraviesan la membrana por difusión simple. La difusión del agua recibe el nombre de ósmosisB) Difusión simple a través de canales (2).Se realiza mediante las denominadas proteínas de canal. Así entran iones como el Na+, K+, Ca2+, Cl-. Las proteínas de canal son proteínas con un orificio o canal interno, cuya apertura está regulada, por ejemplo por ligando, como ocurre con neurotransmisores u hormonas, que se unen a una determinada región, el receptor de la proteína de canal, que sufre una transformación estructural que induce la apertura del canal.

C) Difusión facilitada (3) o Transporte pasivo. Permite el transporte de pequeñas moléculas polares, como los aminoácidos, monosacáridos como la glucosa, etc., que al no poder atravesar la bicapa lipídica, requieren que proteínas trasmembranosas faciliten su paso. Estas proteínas reciben el nombre de proteínas transportadoras o permeasas (ver 6to año) que, al unirse a la molécula a transportar sufren un

cambio en su estructura que arrastra a dicha molécula hacia el interior de la célula.

1. Pasaje activo, se produce pasaje de sustancias en contra del gradiente

El transporte activo (4). En este proceso también actúan proteínas de membrana, pero éstas requieren energía, en forma de ATP, para transportar las moléculas al otro lado de la membrana. Se produce cuando el transporte se realiza en contra del gradiente electroquímico. Son ejemplos de transporte activo la bomba de Na/K, y la bomba de Ca.

o La bomba de Na+/K+ Requiere una proteína transmembranosa que bombea Na+ hacia el exterior de la membrana y K+ hacia el interior. Esta proteína actúa contra el gradiente gracias a su actividad como ATP-asa, ya que rompe el ATP para obtener la energía necesaria para el transporte.

Los científicos

en las últimas décadas para estudiar mejor el comportamiento de la permeabilidad iónica de las células de los organismos vivos, han recurrido al manejo de los ionóforos. Se trata de pequeñas moléculas hidrofóbicas sintetizadas, que sirven como herramienta para incrementar la permeabilidad de las membranas celulares a determinados iones inorgánicos.

 Otro mecanismo llamado Transporte en Masa, que consiste en la formación de pequeñas vesículas de membrana que se incorporan a la membrana plasmática o se separan de ella, permite a las células animales transferir macromoléculas y partículas aún mayores a través de la membrana.

1. Endocitosis: entrada de materia a la célula

A. Fagocitosis : es la incorporación de sustancias de gran tamaño (proteínas, microorganismos, restos celulares, etc.) Ej.: glóbulos blancos.

B. Picnositosis cuando se trata de incorporación de partículas líquidas.

Por este mecanismo, se bombea 3 Na+ hacia el exterior y 2 K+ hacia el interior, con la hidrólisis acoplada de ATP. El transporte activo de Na+ y K+ tiene una gran importancia fisiológica. De hecho todas las células animales gastan más del 30% del ATP que producen (y las células nerviosas más del 70%) para bombear estos iones.

 

A. Endocitosis medida por receptor : se trata de grandes moléculas del medio, seleccionadas por reconocimiento específico.

1. Exocitosis:

salida de material de la célula 1. Secreción; Excreción

1. Enumerar todos los componentes (las moléculas) que constituyen las membranas biológicas (recordatorio: el concepto “membrana biológica” incluye a la membrana plasmática y a las endomembranas de las células eucariota).

2. Para cada uno de los siguientes grupos de conceptos, redactar un párrafo relacionándo los correctamente:a. fosfolípidos - agua - bicapab. fosfolípidos - micelas - Anfipáticoc .proteína integral - fosfolípidos - transporte activod. canal - iones - energíae. iones - ATP - canalf. moléculas polares - carrier - difusióng. transporte pasivo - proteína integral - energíah. gradiente de concentración - ATP - fosfolípido3. Indicar si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas, justificando todas las respuestas (en no más de cinco renglones cada una):A Una molécula polar atravesará libremente la membrana plasmática.b. Una molécula pequeña atravesará libremente la membrana plasmática.c. Los iones sólo atraviesan las membranas por transporte activo.d. El sodio (Na+) ingresa a las células por canales, y sale por bombas.e. Todos los mecanismos de transporte a través de las membranas requieren gasto de energía metabólica (ATP).f. La membrana plasmática de una célula funciona a la vez como límite y como vínculo entre el citoplasma y el medio externo.4. Confeccionar un cuadro comparativo entre difusión simple, difusión facilitada y transporte por bombas, consignando todas las características que considere relevantes.5. Se observa que una sustancia X desconocida ingresa a una célula con gasto de energía en forma de ATP; indicar de qué clase de sustancia podría tratarse, justificando muy claramente su respuesta.