Sesión 03 Capítulos 05 y 06. Bioquímica de la membrana

Transcripción

1 Sesión 03 Capítulos 05 y 06 Bioquímica de la membrana

2 Modelo del Mosaico Fluido Una capa de lípidos Una capa de lípidos fluido fluido

3 Proteínas de Membrana Las funciones de la membrana celular se inician con las diversas proteínas asociadas a la bicapa de lípidos Cada tipo de proteína en una membrana tiene una función especial Proteínas de Adhesión Proteínas de Reconocimiento Proteínas Receptoras Enzimas Proteínas de Transporte (activo y pasivo)

4 Tipos comunes de Proteínas de Membrana Proteína de adhesión Enzima Proteína receptora Proteína de reconocimiento Transportador Pasivo Transportador Activo

5 Transporte de solutos a través de la membrana Para entender cómo se realiza el metabolismo en las células, hay que entender cómo se comportan las soluciones. La cantidad de soluto disuelta en una cantidad dada de líquido es la concentración del soluto. Una diferencia de concentración de soluto entre regiones adyacentes de solución se denomina gradiente de concentración.

6 Proceso de Difusión Difusión Movimiento neto de moléculas o iones de una región donde son más concentrados a una región de menor concentración

7 Difusión a través de las Membranas Tonicidad se refiere a la concentración total de solutos en dos fluidos separados por una membrana selectivamente permeable Cuando la concentración de soluto de dos fluidos difiere, la que tiene menor concentración de solutos es hipotónica y la que tiene mayor concentración es hipertónica Dos fluidos con idénticas concentraciones de soluto son isotónicos

8 Ósmosis En ósmosis, el agua se difunde a través de una membrana selectivamente permeable, de una región de baja concentración (hipotónica) hacia una región con mayor concentración (hipertónica) No hay movimiento neto de agua entre soluciones isotónicas Se dá también por difusión facilitada por acuaporinas (proteínas de membrana, unas 13 en mamíferos, muy abundantes en células de riñón)

9 Membrana selectivamente permeable Ósmosis

10 Tonicidad 2% sacarosa 2% sacarosa 10% sacarosa agua

11 Glóbulos rojos Glóbulos rojos en una solución isotónica no cambian de volúmen. La porción fluida de la sangre es isotónica en relación con el citoplasma. Glóbulos rojos en una solución hipertónica se comprimen porque el agua se difunde fuera de las células Glóbulos rojos en una solución hipotónica se hinchan porque el agua penetra al interior de la célula.

12 Transporte Pasivo Proteínas de transporte pasivo funcionan sin necesidad de energía. El movimiento de solutos se lleva a cabo por grandientes de concentración Transporte pasivo El grandiente de concentración dirige el movimiento de un soluto a través de la membrana celular, mediante una proteína de transporte No requiere entrada de energía. Ejemplo: transporte de glucosa

13 Transporte Pasivo 1. Glucosa se une a un transportador 2. La proteína de transporte cambia su forma 3. Glucosa se separa de la proteína y ella recupera su forma original

14 Transporte Activo: Bomba de Calcio Citoplasma calcio A

15 Transporte Activo: Bomba de Calcio (B) Energía (grupo fosfato) se transfiere del ATP a la proteína La transferencia hace que la proteína cambie su forma y expulse los iones calcio hacia el lado opuesto de la membrana

16 Transporte Activo: Bomba de Calcio (C) Luego de que pierde los iones calcio, la proteína de transporte recupera su forma original

17 Co-transporte Co-transportadores son proteínas de transporte activo que mueven dos sustancias al mismo tiempo, en la misma dirección o en dirección opuesta a través de la membrana Ejemplo: Bomba de sodio potasio

18 Bomba de Sodio-Potasio Fluido Extracelular Citoplasma

19 Sesión 03: Fundamentos del metabolismo

20 Las leyes de la termodinámica Hay dos tipos de energía: La energía cinética es la energía de movimiento. por ejemplo, la luz, el calor, la electricidad, y el movimiento de objetos grandes. La energía potencial es energía almacenada. por ejemplo, la energía química en los enlaces, en una batería, o en una roca en lo alto de una colina.

21 De energía potencial a energía cinética Al posarse en la parte superior de un témpano de hielo, el cuerpo del pingüino tiene energía potencial porque el hielo está mucho más arriba que el mar. Cuando se lanza al agua, la energía potencial se convierte en la energía cinética del movimiento del cuerpo del pingüino. Por último, parte de esa energía cinética se transfiere al agua, la cual salpica y forma ondas.

22 Primera ley de la termodinámica La cantidad total de energía en el universo es constante La energía puede transformarse de un tipo a otro, pero no puede ser creada o destruida

23 Segunda ley de la termodinámica Entropía es una medida de cómo se dispersa la energía en un sistema Mide los niveles de desorden en un sistema Todos los sistemas vivos pueden evitar llegar a un nivel de entropía máxima, ya que se renuevan con la energía solar

24 Las conversiones de energía dan como resultado una pérdida de energía útil

25 Flujo de Energía La energía fluye del ambiente a los seres vivos y regresa al ambiente Los materiales circulan entre productores y consumidores Productores Plantas y otros organismos autotróficos reciclado de nutrientes Consumidores animales, mayoría de hongos, muchos protistas, bacterias Energía del sol

26 Cómo fluye la energía en las reacciones químicas? La naturaleza de las reacciones químicas: Las reacciones exergónicas liberan energía Las reacciones endergónicas requieren un aporte neto de energía. Las reacciones acopladas enlazan reacciones endergónicas y exergónicas.

27 ATP La moneda energética de la célula ATP es la moneda energética de la célula ATP (Adenosina trifosfato) Nucleótido con tres grupos fosfato ligados por puentes altamente energéticos Es un transportador de energía que acopla las reacciones endergónicas con las exergónicas en las células.

28 Fosforilación Cuando se transfiere un grupo fosfato del ATP a otra molécula, se transfiere energía junto con él. Este aporte de energía es el necesario para que se realice una reacción endergónica Las transferencias de grupos fosfato se conocen como fosforilaciones, y acoplan reacciones exergónicas con las endergónicas

29 ATP adenina Tres grupos fosfato ribosa Estructura del ATP.

30 ATP y ADP adenina AMP ADP ATP ribosa Después de que el ATP pierde un grupo fosfato, el nucleótido es ADP (adenosin difosfato); después de perder dos grupos fosfato, es AMP (adenosin monofosfato)

31 Ciclo ATP/ADP Entrada de Energía ADP + fosfato Salida de energía El ATP se forma por reacciones endergónicas. El ADP se forma cuando la energía del ATP se transfiere a otra molécula junto con el grupo fosfato. Esta es la energía que hace posible el trabajo celular.

32 Energía que entra y sale En la mayoría de reacciones, la energía libre de los reactivos difiere de la energía libre de los productos Las reacciones en las cuales los reactivos tienen menos energía libre que los productos se conocen como endergónicas No se llevan a cabo sin una entrada neta de energía Las reacciones en las cuales los reactivos tienen mayor energía libre que los productos se conocen como exergónicas ellas finalizan con una liberación neta de energía

33 Reacciones endergónicas Las reacciones endergónicas requieren un aporte neto de energía. En las reacciones endergónicas, los productos contienen más energía que los reactivos. Ejemplo de reacción endergónica: la fotosíntesis.

34 Ejemplo de reacción endergónica: la fotosíntesis.

35 Descomposición de ATP: se libera energía La energía que se libera cuando el ATP se descompone en ADP + fosfato se transfiere a reacciones endergónicas por medio de reacciones acopladas. Las reacciones endergónicas dirigen las reacciones exergónicas: En una reacción acoplada, una reacción exergónica proporciona la energía necesaria para que se efectúe una reacción endergónica.

36 Reacciones acopladas dentro de células vivientes. Reacciones exergónicas (como el metabolismo de la glucosa) impulsan la reacción endergónica que sintetiza ATP a partir de ADP. La molécula de ATP lleva su energía química a una parte de la célula donde la energía de descomposición de ATP es necesaria para impulsar una reacción endergónica fundamental (como la síntesis de proteínas). El ADP y el fosfato se reciclan a las reacciones exergónicas, y se convertirán de nuevo en ATP. La reacción total es exergónica o cuesta abajo : la reacción exergónica produce más energía que la necesaria para impulsar la reacción endergónica.

37 Portadores de electrones La energía se puede transferir a electrones en el metabolismo de la glucosa y la fotosíntesis. Los portadores de electrones transportan electrones de alta energía. Dos de los portadores de electrones más comunes: Dinucleótido de nicotinamida y adenina (NAD + ). Dinucleótido de flavina y adenina (FAD).

38 Reacciones Redox Reacciones de Oxido-Reducción (reacciones acopladas) Una molécula que dona electrones se oxida Una molécula que acepta electrones se reduce Las Coenzimas pueden aceptar moléculas en reacciones Redox (También llamadas de transferencia de electrones)

39 Síntesis de ATP Las coenzimas aportan electrones a la cadena de transferencia de electrones para la síntesis de ATP Cadena de Transferencia de Electrones Una serie organizada de pasos de reacciones, en las cuales, arreglos de enzimas enlazadas con la membrana y otras moléculas ceden y aceptan electrones mutuamente.

40 CO 2 glucosa e glucosa en CO2, electrones y iones de hidrógeno (H+). 1 Entrada de energía rompe la oxígeno H + 2 Electrones pierden energía cuando se mueven a través de la cadena de transferencia e Agua 3 La energía liberada por los electrones sirve para trabajo celular 4 Electrones, protones, y oxígeno se combinan para formar agua La reacción se da por etapas, controladas en una cadena de transferencia de electrones. La energía se libera en cantidades que las células pueden utilizar para el funcionamiento celular, tal como para contracción muscular o transporte activo

41 Combustión de glucosa La glucosa no se puede usar directamente para impulsar reacciones que requieren energía (por ejemplo, la contracción de los músculos).

42 Perspectiva general del metabolismo El metabolismo de una célula es el total de sus reacciones químicas. Muchas de estas reacciones se encadenan en sucesiones llamadas vías metabólicas.

43 Perspectiva simplificada de las vías metabólicas La molécula de reactivo original, A, sufre una serie de reacciones, cada una catalizada por una enzima específica. El producto de cada reacción sirve como reactivo para la siguiente reacción de la vía. Las vías metabólicas suelen estar interconectadas, de manera que el producto de un paso en una vía podría servir como reactivo de la siguiente reacción en esa vía o para una reacción en otra vía.

44 Perspectiva general del metabolismo La bioquímica de las células está bien afinada en tres sentidos: 1. Las reacciones endergónicas acoplan reacciones exergónicas. 2. Las moléculas portadoras de energía captan energía y la transportan a reacciones endergónicas y exergónicas. 3. Las reacciones químicas están reguladas por proteínas llamadas enzimas.

45 Cómo funcionan las enzimas? Las enzimas permiten que determinadas reacciones ocurran mucho más rápido de lo que se realizarían por sí solas catálisis Aceleración de una velocidad de reacción por una molécula que no se modifica al participar en una reacción La mayoría de enzimas son proteínas, pero algunas son ARN s

46 Sustratos Cada enzima reconoce a reactivos específicos o sustratos, y los altera de cierto modo sustrato Una molécula sobre la cual actúa una enzima de manera específica

47 Sitios Activos La especificidad de las enzimas se debe a que las cadenas de polipéptidos de las enzimas se repliegan formando uno o más sitios activos Un sitio activo es complementario en su forma, tamaño, polaridad y carga al sustrato de la enzima Sitio activo Región de una enzima similar a una bolsa, en la cual los sustratos se entrelazan y ocurre la reacción

48 Un Sitio Activo Sitio activo enzima

49 Un Sitio Activo reactivo(s) B glucosa y fosfato se unen dentro de la enzima en el sitio activo.

50 Un Sitio Activo producto(s) C la glucosa se unió con el fosfato. El producto de esta reacción, la glucosa-6- fosfato está saliendo del sitio activo.

51 Disminución de la Energía de Activación Estado detransición Reactivos Productos

52 Inhibición competitiva: drogas y venenos Las drogas y los venenos a menudo inhiben a las enzimas al competir con el sustrato normal por el sitio activo de la enzima. Este proceso se denomina inhibición competitiva. Algunos inhibidores se unen de forma permanente a las enzimas.

53 Inhibición competitiva. Al competir con el sustrato normal, una droga o un veneno bloquean de manera reversible el sitio activo.

54 Enzimas y Temperatura Tirosinasa normal Actividad Enzimática Tirosinasa sensible a la temperatura 20 C (68 F) 30 C (86 F) Temperatura 40 C (104 F) La tirosinasa participa en la producción de la melanina. La forma de esta enzima en los gatos siameses no es activa sobre los 30 C

55 La enzima tirosinasa participa en la producción de melanina, pigmento negro en las células de la piel. Normalmente la actividad de la tirosinasa aumenta con la temperatura entre 20 y 40 C. La mutación del gato siamés, inactiva la enzima en las partes más cálidas del cuerpo del gato, el cual presenta menos melanina en esos sitios y por lo tanto piel más clara

56 Enzimas y ph Actividad Enzimática pepsina ph Glucógeno fosforilasa tripsina El ph afecta de manera diferente a tres enzimas. La pepsina en planta carnívora (en hábitats pobres en Nitrógeno y forma una copa de ácidos en hoja modificada) funciona mejor a bajo ph.

57 Plantas carnívoras (Nepenthes sp.) crecen en hábitats pobres en nitrógeno. Secretan enzimas que digieren proteínas en una hoja modificada en forma de copa, y liberan nitrógeno de presas pequeñas (insectos) que son atraídos por el olor del líquido y se ahogan en él.

58 Sitio Alostérico (Alo otro, sterico-estructura) Es una región de la enzima distinta del sitio activo que puede enlazarse con moléculas regulatorias El enlace con un regulador alostérico altera la forma de la enzima de manera que aumenta o inhibe su funcionamiento

59 Inhibición por retroalimentación enzima 2 enzime 3 enzima 4 enzima 5 enzima 1 sustrato El exceso de moléculas del producto final se une a las moléculas de una enzima que cataliza el primer paso de la ruta metabólica. Mayor el exceso, más moléculas enzimáticas se inhiben, y se sintetizará menos producto. Producto final

60 Efecto Alostérico Sitio activo A- forma inactiva

61 Efecto Alostérico moléculas regulatorias Sustrato en sitio activo B- forma activa